block, bfq: reset waker pointer with shared queues
[linux-2.6-microblaze.git] / block / bfq-iosched.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-or-later
2 /*
3  * Budget Fair Queueing (BFQ) I/O scheduler.
4  *
5  * Based on ideas and code from CFQ:
6  * Copyright (C) 2003 Jens Axboe <axboe@kernel.dk>
7  *
8  * Copyright (C) 2008 Fabio Checconi <fabio@gandalf.sssup.it>
9  *                    Paolo Valente <paolo.valente@unimore.it>
10  *
11  * Copyright (C) 2010 Paolo Valente <paolo.valente@unimore.it>
12  *                    Arianna Avanzini <avanzini@google.com>
13  *
14  * Copyright (C) 2017 Paolo Valente <paolo.valente@linaro.org>
15  *
16  * BFQ is a proportional-share I/O scheduler, with some extra
17  * low-latency capabilities. BFQ also supports full hierarchical
18  * scheduling through cgroups. Next paragraphs provide an introduction
19  * on BFQ inner workings. Details on BFQ benefits, usage and
20  * limitations can be found in Documentation/block/bfq-iosched.rst.
21  *
22  * BFQ is a proportional-share storage-I/O scheduling algorithm based
23  * on the slice-by-slice service scheme of CFQ. But BFQ assigns
24  * budgets, measured in number of sectors, to processes instead of
25  * time slices. The device is not granted to the in-service process
26  * for a given time slice, but until it has exhausted its assigned
27  * budget. This change from the time to the service domain enables BFQ
28  * to distribute the device throughput among processes as desired,
29  * without any distortion due to throughput fluctuations, or to device
30  * internal queueing. BFQ uses an ad hoc internal scheduler, called
31  * B-WF2Q+, to schedule processes according to their budgets. More
32  * precisely, BFQ schedules queues associated with processes. Each
33  * process/queue is assigned a user-configurable weight, and B-WF2Q+
34  * guarantees that each queue receives a fraction of the throughput
35  * proportional to its weight. Thanks to the accurate policy of
36  * B-WF2Q+, BFQ can afford to assign high budgets to I/O-bound
37  * processes issuing sequential requests (to boost the throughput),
38  * and yet guarantee a low latency to interactive and soft real-time
39  * applications.
40  *
41  * In particular, to provide these low-latency guarantees, BFQ
42  * explicitly privileges the I/O of two classes of time-sensitive
43  * applications: interactive and soft real-time. In more detail, BFQ
44  * behaves this way if the low_latency parameter is set (default
45  * configuration). This feature enables BFQ to provide applications in
46  * these classes with a very low latency.
47  *
48  * To implement this feature, BFQ constantly tries to detect whether
49  * the I/O requests in a bfq_queue come from an interactive or a soft
50  * real-time application. For brevity, in these cases, the queue is
51  * said to be interactive or soft real-time. In both cases, BFQ
52  * privileges the service of the queue, over that of non-interactive
53  * and non-soft-real-time queues. This privileging is performed,
54  * mainly, by raising the weight of the queue. So, for brevity, we
55  * call just weight-raising periods the time periods during which a
56  * queue is privileged, because deemed interactive or soft real-time.
57  *
58  * The detection of soft real-time queues/applications is described in
59  * detail in the comments on the function
60  * bfq_bfqq_softrt_next_start. On the other hand, the detection of an
61  * interactive queue works as follows: a queue is deemed interactive
62  * if it is constantly non empty only for a limited time interval,
63  * after which it does become empty. The queue may be deemed
64  * interactive again (for a limited time), if it restarts being
65  * constantly non empty, provided that this happens only after the
66  * queue has remained empty for a given minimum idle time.
67  *
68  * By default, BFQ computes automatically the above maximum time
69  * interval, i.e., the time interval after which a constantly
70  * non-empty queue stops being deemed interactive. Since a queue is
71  * weight-raised while it is deemed interactive, this maximum time
72  * interval happens to coincide with the (maximum) duration of the
73  * weight-raising for interactive queues.
74  *
75  * Finally, BFQ also features additional heuristics for
76  * preserving both a low latency and a high throughput on NCQ-capable,
77  * rotational or flash-based devices, and to get the job done quickly
78  * for applications consisting in many I/O-bound processes.
79  *
80  * NOTE: if the main or only goal, with a given device, is to achieve
81  * the maximum-possible throughput at all times, then do switch off
82  * all low-latency heuristics for that device, by setting low_latency
83  * to 0.
84  *
85  * BFQ is described in [1], where also a reference to the initial,
86  * more theoretical paper on BFQ can be found. The interested reader
87  * can find in the latter paper full details on the main algorithm, as
88  * well as formulas of the guarantees and formal proofs of all the
89  * properties.  With respect to the version of BFQ presented in these
90  * papers, this implementation adds a few more heuristics, such as the
91  * ones that guarantee a low latency to interactive and soft real-time
92  * applications, and a hierarchical extension based on H-WF2Q+.
93  *
94  * B-WF2Q+ is based on WF2Q+, which is described in [2], together with
95  * H-WF2Q+, while the augmented tree used here to implement B-WF2Q+
96  * with O(log N) complexity derives from the one introduced with EEVDF
97  * in [3].
98  *
99  * [1] P. Valente, A. Avanzini, "Evolution of the BFQ Storage I/O
100  *     Scheduler", Proceedings of the First Workshop on Mobile System
101  *     Technologies (MST-2015), May 2015.
102  *     http://algogroup.unimore.it/people/paolo/disk_sched/mst-2015.pdf
103  *
104  * [2] Jon C.R. Bennett and H. Zhang, "Hierarchical Packet Fair Queueing
105  *     Algorithms", IEEE/ACM Transactions on Networking, 5(5):675-689,
106  *     Oct 1997.
107  *
108  * http://www.cs.cmu.edu/~hzhang/papers/TON-97-Oct.ps.gz
109  *
110  * [3] I. Stoica and H. Abdel-Wahab, "Earliest Eligible Virtual Deadline
111  *     First: A Flexible and Accurate Mechanism for Proportional Share
112  *     Resource Allocation", technical report.
113  *
114  * http://www.cs.berkeley.edu/~istoica/papers/eevdf-tr-95.pdf
115  */
116 #include <linux/module.h>
117 #include <linux/slab.h>
118 #include <linux/blkdev.h>
119 #include <linux/cgroup.h>
120 #include <linux/elevator.h>
121 #include <linux/ktime.h>
122 #include <linux/rbtree.h>
123 #include <linux/ioprio.h>
124 #include <linux/sbitmap.h>
125 #include <linux/delay.h>
126 #include <linux/backing-dev.h>
127
128 #include <trace/events/block.h>
129
130 #include "blk.h"
131 #include "blk-mq.h"
132 #include "blk-mq-tag.h"
133 #include "blk-mq-sched.h"
134 #include "bfq-iosched.h"
135 #include "blk-wbt.h"
136
137 #define BFQ_BFQQ_FNS(name)                                              \
138 void bfq_mark_bfqq_##name(struct bfq_queue *bfqq)                       \
139 {                                                                       \
140         __set_bit(BFQQF_##name, &(bfqq)->flags);                        \
141 }                                                                       \
142 void bfq_clear_bfqq_##name(struct bfq_queue *bfqq)                      \
143 {                                                                       \
144         __clear_bit(BFQQF_##name, &(bfqq)->flags);              \
145 }                                                                       \
146 int bfq_bfqq_##name(const struct bfq_queue *bfqq)                       \
147 {                                                                       \
148         return test_bit(BFQQF_##name, &(bfqq)->flags);          \
149 }
150
151 BFQ_BFQQ_FNS(just_created);
152 BFQ_BFQQ_FNS(busy);
153 BFQ_BFQQ_FNS(wait_request);
154 BFQ_BFQQ_FNS(non_blocking_wait_rq);
155 BFQ_BFQQ_FNS(fifo_expire);
156 BFQ_BFQQ_FNS(has_short_ttime);
157 BFQ_BFQQ_FNS(sync);
158 BFQ_BFQQ_FNS(IO_bound);
159 BFQ_BFQQ_FNS(in_large_burst);
160 BFQ_BFQQ_FNS(coop);
161 BFQ_BFQQ_FNS(split_coop);
162 BFQ_BFQQ_FNS(softrt_update);
163 #undef BFQ_BFQQ_FNS                                             \
164
165 /* Expiration time of async (0) and sync (1) requests, in ns. */
166 static const u64 bfq_fifo_expire[2] = { NSEC_PER_SEC / 4, NSEC_PER_SEC / 8 };
167
168 /* Maximum backwards seek (magic number lifted from CFQ), in KiB. */
169 static const int bfq_back_max = 16 * 1024;
170
171 /* Penalty of a backwards seek, in number of sectors. */
172 static const int bfq_back_penalty = 2;
173
174 /* Idling period duration, in ns. */
175 static u64 bfq_slice_idle = NSEC_PER_SEC / 125;
176
177 /* Minimum number of assigned budgets for which stats are safe to compute. */
178 static const int bfq_stats_min_budgets = 194;
179
180 /* Default maximum budget values, in sectors and number of requests. */
181 static const int bfq_default_max_budget = 16 * 1024;
182
183 /*
184  * When a sync request is dispatched, the queue that contains that
185  * request, and all the ancestor entities of that queue, are charged
186  * with the number of sectors of the request. In contrast, if the
187  * request is async, then the queue and its ancestor entities are
188  * charged with the number of sectors of the request, multiplied by
189  * the factor below. This throttles the bandwidth for async I/O,
190  * w.r.t. to sync I/O, and it is done to counter the tendency of async
191  * writes to steal I/O throughput to reads.
192  *
193  * The current value of this parameter is the result of a tuning with
194  * several hardware and software configurations. We tried to find the
195  * lowest value for which writes do not cause noticeable problems to
196  * reads. In fact, the lower this parameter, the stabler I/O control,
197  * in the following respect.  The lower this parameter is, the less
198  * the bandwidth enjoyed by a group decreases
199  * - when the group does writes, w.r.t. to when it does reads;
200  * - when other groups do reads, w.r.t. to when they do writes.
201  */
202 static const int bfq_async_charge_factor = 3;
203
204 /* Default timeout values, in jiffies, approximating CFQ defaults. */
205 const int bfq_timeout = HZ / 8;
206
207 /*
208  * Time limit for merging (see comments in bfq_setup_cooperator). Set
209  * to the slowest value that, in our tests, proved to be effective in
210  * removing false positives, while not causing true positives to miss
211  * queue merging.
212  *
213  * As can be deduced from the low time limit below, queue merging, if
214  * successful, happens at the very beginning of the I/O of the involved
215  * cooperating processes, as a consequence of the arrival of the very
216  * first requests from each cooperator.  After that, there is very
217  * little chance to find cooperators.
218  */
219 static const unsigned long bfq_merge_time_limit = HZ/10;
220
221 static struct kmem_cache *bfq_pool;
222
223 /* Below this threshold (in ns), we consider thinktime immediate. */
224 #define BFQ_MIN_TT              (2 * NSEC_PER_MSEC)
225
226 /* hw_tag detection: parallel requests threshold and min samples needed. */
227 #define BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD  3
228 #define BFQ_HW_QUEUE_SAMPLES    32
229
230 #define BFQQ_SEEK_THR           (sector_t)(8 * 100)
231 #define BFQQ_SECT_THR_NONROT    (sector_t)(2 * 32)
232 #define BFQ_RQ_SEEKY(bfqd, last_pos, rq) \
233         (get_sdist(last_pos, rq) >                      \
234          BFQQ_SEEK_THR &&                               \
235          (!blk_queue_nonrot(bfqd->queue) ||             \
236           blk_rq_sectors(rq) < BFQQ_SECT_THR_NONROT))
237 #define BFQQ_CLOSE_THR          (sector_t)(8 * 1024)
238 #define BFQQ_SEEKY(bfqq)        (hweight32(bfqq->seek_history) > 19)
239 /*
240  * Sync random I/O is likely to be confused with soft real-time I/O,
241  * because it is characterized by limited throughput and apparently
242  * isochronous arrival pattern. To avoid false positives, queues
243  * containing only random (seeky) I/O are prevented from being tagged
244  * as soft real-time.
245  */
246 #define BFQQ_TOTALLY_SEEKY(bfqq)        (bfqq->seek_history == -1)
247
248 /* Min number of samples required to perform peak-rate update */
249 #define BFQ_RATE_MIN_SAMPLES    32
250 /* Min observation time interval required to perform a peak-rate update (ns) */
251 #define BFQ_RATE_MIN_INTERVAL   (300*NSEC_PER_MSEC)
252 /* Target observation time interval for a peak-rate update (ns) */
253 #define BFQ_RATE_REF_INTERVAL   NSEC_PER_SEC
254
255 /*
256  * Shift used for peak-rate fixed precision calculations.
257  * With
258  * - the current shift: 16 positions
259  * - the current type used to store rate: u32
260  * - the current unit of measure for rate: [sectors/usec], or, more precisely,
261  *   [(sectors/usec) / 2^BFQ_RATE_SHIFT] to take into account the shift,
262  * the range of rates that can be stored is
263  * [1 / 2^BFQ_RATE_SHIFT, 2^(32 - BFQ_RATE_SHIFT)] sectors/usec =
264  * [1 / 2^16, 2^16] sectors/usec = [15e-6, 65536] sectors/usec =
265  * [15, 65G] sectors/sec
266  * Which, assuming a sector size of 512B, corresponds to a range of
267  * [7.5K, 33T] B/sec
268  */
269 #define BFQ_RATE_SHIFT          16
270
271 /*
272  * When configured for computing the duration of the weight-raising
273  * for interactive queues automatically (see the comments at the
274  * beginning of this file), BFQ does it using the following formula:
275  * duration = (ref_rate / r) * ref_wr_duration,
276  * where r is the peak rate of the device, and ref_rate and
277  * ref_wr_duration are two reference parameters.  In particular,
278  * ref_rate is the peak rate of the reference storage device (see
279  * below), and ref_wr_duration is about the maximum time needed, with
280  * BFQ and while reading two files in parallel, to load typical large
281  * applications on the reference device (see the comments on
282  * max_service_from_wr below, for more details on how ref_wr_duration
283  * is obtained).  In practice, the slower/faster the device at hand
284  * is, the more/less it takes to load applications with respect to the
285  * reference device.  Accordingly, the longer/shorter BFQ grants
286  * weight raising to interactive applications.
287  *
288  * BFQ uses two different reference pairs (ref_rate, ref_wr_duration),
289  * depending on whether the device is rotational or non-rotational.
290  *
291  * In the following definitions, ref_rate[0] and ref_wr_duration[0]
292  * are the reference values for a rotational device, whereas
293  * ref_rate[1] and ref_wr_duration[1] are the reference values for a
294  * non-rotational device. The reference rates are not the actual peak
295  * rates of the devices used as a reference, but slightly lower
296  * values. The reason for using slightly lower values is that the
297  * peak-rate estimator tends to yield slightly lower values than the
298  * actual peak rate (it can yield the actual peak rate only if there
299  * is only one process doing I/O, and the process does sequential
300  * I/O).
301  *
302  * The reference peak rates are measured in sectors/usec, left-shifted
303  * by BFQ_RATE_SHIFT.
304  */
305 static int ref_rate[2] = {14000, 33000};
306 /*
307  * To improve readability, a conversion function is used to initialize
308  * the following array, which entails that the array can be
309  * initialized only in a function.
310  */
311 static int ref_wr_duration[2];
312
313 /*
314  * BFQ uses the above-detailed, time-based weight-raising mechanism to
315  * privilege interactive tasks. This mechanism is vulnerable to the
316  * following false positives: I/O-bound applications that will go on
317  * doing I/O for much longer than the duration of weight
318  * raising. These applications have basically no benefit from being
319  * weight-raised at the beginning of their I/O. On the opposite end,
320  * while being weight-raised, these applications
321  * a) unjustly steal throughput to applications that may actually need
322  * low latency;
323  * b) make BFQ uselessly perform device idling; device idling results
324  * in loss of device throughput with most flash-based storage, and may
325  * increase latencies when used purposelessly.
326  *
327  * BFQ tries to reduce these problems, by adopting the following
328  * countermeasure. To introduce this countermeasure, we need first to
329  * finish explaining how the duration of weight-raising for
330  * interactive tasks is computed.
331  *
332  * For a bfq_queue deemed as interactive, the duration of weight
333  * raising is dynamically adjusted, as a function of the estimated
334  * peak rate of the device, so as to be equal to the time needed to
335  * execute the 'largest' interactive task we benchmarked so far. By
336  * largest task, we mean the task for which each involved process has
337  * to do more I/O than for any of the other tasks we benchmarked. This
338  * reference interactive task is the start-up of LibreOffice Writer,
339  * and in this task each process/bfq_queue needs to have at most ~110K
340  * sectors transferred.
341  *
342  * This last piece of information enables BFQ to reduce the actual
343  * duration of weight-raising for at least one class of I/O-bound
344  * applications: those doing sequential or quasi-sequential I/O. An
345  * example is file copy. In fact, once started, the main I/O-bound
346  * processes of these applications usually consume the above 110K
347  * sectors in much less time than the processes of an application that
348  * is starting, because these I/O-bound processes will greedily devote
349  * almost all their CPU cycles only to their target,
350  * throughput-friendly I/O operations. This is even more true if BFQ
351  * happens to be underestimating the device peak rate, and thus
352  * overestimating the duration of weight raising. But, according to
353  * our measurements, once transferred 110K sectors, these processes
354  * have no right to be weight-raised any longer.
355  *
356  * Basing on the last consideration, BFQ ends weight-raising for a
357  * bfq_queue if the latter happens to have received an amount of
358  * service at least equal to the following constant. The constant is
359  * set to slightly more than 110K, to have a minimum safety margin.
360  *
361  * This early ending of weight-raising reduces the amount of time
362  * during which interactive false positives cause the two problems
363  * described at the beginning of these comments.
364  */
365 static const unsigned long max_service_from_wr = 120000;
366
367 /*
368  * Maximum time between the creation of two queues, for stable merge
369  * to be activated (in ms)
370  */
371 static const unsigned long bfq_activation_stable_merging = 600;
372 /*
373  * Minimum time to be waited before evaluating delayed stable merge (in ms)
374  */
375 static const unsigned long bfq_late_stable_merging = 600;
376
377 #define RQ_BIC(rq)              icq_to_bic((rq)->elv.priv[0])
378 #define RQ_BFQQ(rq)             ((rq)->elv.priv[1])
379
380 struct bfq_queue *bic_to_bfqq(struct bfq_io_cq *bic, bool is_sync)
381 {
382         return bic->bfqq[is_sync];
383 }
384
385 static void bfq_put_stable_ref(struct bfq_queue *bfqq);
386
387 void bic_set_bfqq(struct bfq_io_cq *bic, struct bfq_queue *bfqq, bool is_sync)
388 {
389         /*
390          * If bfqq != NULL, then a non-stable queue merge between
391          * bic->bfqq and bfqq is happening here. This causes troubles
392          * in the following case: bic->bfqq has also been scheduled
393          * for a possible stable merge with bic->stable_merge_bfqq,
394          * and bic->stable_merge_bfqq == bfqq happens to
395          * hold. Troubles occur because bfqq may then undergo a split,
396          * thereby becoming eligible for a stable merge. Yet, if
397          * bic->stable_merge_bfqq points exactly to bfqq, then bfqq
398          * would be stably merged with itself. To avoid this anomaly,
399          * we cancel the stable merge if
400          * bic->stable_merge_bfqq == bfqq.
401          */
402         bic->bfqq[is_sync] = bfqq;
403
404         if (bfqq && bic->stable_merge_bfqq == bfqq) {
405                 /*
406                  * Actually, these same instructions are executed also
407                  * in bfq_setup_cooperator, in case of abort or actual
408                  * execution of a stable merge. We could avoid
409                  * repeating these instructions there too, but if we
410                  * did so, we would nest even more complexity in this
411                  * function.
412                  */
413                 bfq_put_stable_ref(bic->stable_merge_bfqq);
414
415                 bic->stable_merge_bfqq = NULL;
416         }
417 }
418
419 struct bfq_data *bic_to_bfqd(struct bfq_io_cq *bic)
420 {
421         return bic->icq.q->elevator->elevator_data;
422 }
423
424 /**
425  * icq_to_bic - convert iocontext queue structure to bfq_io_cq.
426  * @icq: the iocontext queue.
427  */
428 static struct bfq_io_cq *icq_to_bic(struct io_cq *icq)
429 {
430         /* bic->icq is the first member, %NULL will convert to %NULL */
431         return container_of(icq, struct bfq_io_cq, icq);
432 }
433
434 /**
435  * bfq_bic_lookup - search into @ioc a bic associated to @bfqd.
436  * @bfqd: the lookup key.
437  * @ioc: the io_context of the process doing I/O.
438  * @q: the request queue.
439  */
440 static struct bfq_io_cq *bfq_bic_lookup(struct bfq_data *bfqd,
441                                         struct io_context *ioc,
442                                         struct request_queue *q)
443 {
444         if (ioc) {
445                 unsigned long flags;
446                 struct bfq_io_cq *icq;
447
448                 spin_lock_irqsave(&q->queue_lock, flags);
449                 icq = icq_to_bic(ioc_lookup_icq(ioc, q));
450                 spin_unlock_irqrestore(&q->queue_lock, flags);
451
452                 return icq;
453         }
454
455         return NULL;
456 }
457
458 /*
459  * Scheduler run of queue, if there are requests pending and no one in the
460  * driver that will restart queueing.
461  */
462 void bfq_schedule_dispatch(struct bfq_data *bfqd)
463 {
464         if (bfqd->queued != 0) {
465                 bfq_log(bfqd, "schedule dispatch");
466                 blk_mq_run_hw_queues(bfqd->queue, true);
467         }
468 }
469
470 #define bfq_class_idle(bfqq)    ((bfqq)->ioprio_class == IOPRIO_CLASS_IDLE)
471
472 #define bfq_sample_valid(samples)       ((samples) > 80)
473
474 /*
475  * Lifted from AS - choose which of rq1 and rq2 that is best served now.
476  * We choose the request that is closer to the head right now.  Distance
477  * behind the head is penalized and only allowed to a certain extent.
478  */
479 static struct request *bfq_choose_req(struct bfq_data *bfqd,
480                                       struct request *rq1,
481                                       struct request *rq2,
482                                       sector_t last)
483 {
484         sector_t s1, s2, d1 = 0, d2 = 0;
485         unsigned long back_max;
486 #define BFQ_RQ1_WRAP    0x01 /* request 1 wraps */
487 #define BFQ_RQ2_WRAP    0x02 /* request 2 wraps */
488         unsigned int wrap = 0; /* bit mask: requests behind the disk head? */
489
490         if (!rq1 || rq1 == rq2)
491                 return rq2;
492         if (!rq2)
493                 return rq1;
494
495         if (rq_is_sync(rq1) && !rq_is_sync(rq2))
496                 return rq1;
497         else if (rq_is_sync(rq2) && !rq_is_sync(rq1))
498                 return rq2;
499         if ((rq1->cmd_flags & REQ_META) && !(rq2->cmd_flags & REQ_META))
500                 return rq1;
501         else if ((rq2->cmd_flags & REQ_META) && !(rq1->cmd_flags & REQ_META))
502                 return rq2;
503
504         s1 = blk_rq_pos(rq1);
505         s2 = blk_rq_pos(rq2);
506
507         /*
508          * By definition, 1KiB is 2 sectors.
509          */
510         back_max = bfqd->bfq_back_max * 2;
511
512         /*
513          * Strict one way elevator _except_ in the case where we allow
514          * short backward seeks which are biased as twice the cost of a
515          * similar forward seek.
516          */
517         if (s1 >= last)
518                 d1 = s1 - last;
519         else if (s1 + back_max >= last)
520                 d1 = (last - s1) * bfqd->bfq_back_penalty;
521         else
522                 wrap |= BFQ_RQ1_WRAP;
523
524         if (s2 >= last)
525                 d2 = s2 - last;
526         else if (s2 + back_max >= last)
527                 d2 = (last - s2) * bfqd->bfq_back_penalty;
528         else
529                 wrap |= BFQ_RQ2_WRAP;
530
531         /* Found required data */
532
533         /*
534          * By doing switch() on the bit mask "wrap" we avoid having to
535          * check two variables for all permutations: --> faster!
536          */
537         switch (wrap) {
538         case 0: /* common case for CFQ: rq1 and rq2 not wrapped */
539                 if (d1 < d2)
540                         return rq1;
541                 else if (d2 < d1)
542                         return rq2;
543
544                 if (s1 >= s2)
545                         return rq1;
546                 else
547                         return rq2;
548
549         case BFQ_RQ2_WRAP:
550                 return rq1;
551         case BFQ_RQ1_WRAP:
552                 return rq2;
553         case BFQ_RQ1_WRAP|BFQ_RQ2_WRAP: /* both rqs wrapped */
554         default:
555                 /*
556                  * Since both rqs are wrapped,
557                  * start with the one that's further behind head
558                  * (--> only *one* back seek required),
559                  * since back seek takes more time than forward.
560                  */
561                 if (s1 <= s2)
562                         return rq1;
563                 else
564                         return rq2;
565         }
566 }
567
568 /*
569  * Async I/O can easily starve sync I/O (both sync reads and sync
570  * writes), by consuming all tags. Similarly, storms of sync writes,
571  * such as those that sync(2) may trigger, can starve sync reads.
572  * Limit depths of async I/O and sync writes so as to counter both
573  * problems.
574  */
575 static void bfq_limit_depth(unsigned int op, struct blk_mq_alloc_data *data)
576 {
577         struct bfq_data *bfqd = data->q->elevator->elevator_data;
578
579         if (op_is_sync(op) && !op_is_write(op))
580                 return;
581
582         data->shallow_depth =
583                 bfqd->word_depths[!!bfqd->wr_busy_queues][op_is_sync(op)];
584
585         bfq_log(bfqd, "[%s] wr_busy %d sync %d depth %u",
586                         __func__, bfqd->wr_busy_queues, op_is_sync(op),
587                         data->shallow_depth);
588 }
589
590 static struct bfq_queue *
591 bfq_rq_pos_tree_lookup(struct bfq_data *bfqd, struct rb_root *root,
592                      sector_t sector, struct rb_node **ret_parent,
593                      struct rb_node ***rb_link)
594 {
595         struct rb_node **p, *parent;
596         struct bfq_queue *bfqq = NULL;
597
598         parent = NULL;
599         p = &root->rb_node;
600         while (*p) {
601                 struct rb_node **n;
602
603                 parent = *p;
604                 bfqq = rb_entry(parent, struct bfq_queue, pos_node);
605
606                 /*
607                  * Sort strictly based on sector. Smallest to the left,
608                  * largest to the right.
609                  */
610                 if (sector > blk_rq_pos(bfqq->next_rq))
611                         n = &(*p)->rb_right;
612                 else if (sector < blk_rq_pos(bfqq->next_rq))
613                         n = &(*p)->rb_left;
614                 else
615                         break;
616                 p = n;
617                 bfqq = NULL;
618         }
619
620         *ret_parent = parent;
621         if (rb_link)
622                 *rb_link = p;
623
624         bfq_log(bfqd, "rq_pos_tree_lookup %llu: returning %d",
625                 (unsigned long long)sector,
626                 bfqq ? bfqq->pid : 0);
627
628         return bfqq;
629 }
630
631 static bool bfq_too_late_for_merging(struct bfq_queue *bfqq)
632 {
633         return bfqq->service_from_backlogged > 0 &&
634                 time_is_before_jiffies(bfqq->first_IO_time +
635                                        bfq_merge_time_limit);
636 }
637
638 /*
639  * The following function is not marked as __cold because it is
640  * actually cold, but for the same performance goal described in the
641  * comments on the likely() at the beginning of
642  * bfq_setup_cooperator(). Unexpectedly, to reach an even lower
643  * execution time for the case where this function is not invoked, we
644  * had to add an unlikely() in each involved if().
645  */
646 void __cold
647 bfq_pos_tree_add_move(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
648 {
649         struct rb_node **p, *parent;
650         struct bfq_queue *__bfqq;
651
652         if (bfqq->pos_root) {
653                 rb_erase(&bfqq->pos_node, bfqq->pos_root);
654                 bfqq->pos_root = NULL;
655         }
656
657         /* oom_bfqq does not participate in queue merging */
658         if (bfqq == &bfqd->oom_bfqq)
659                 return;
660
661         /*
662          * bfqq cannot be merged any longer (see comments in
663          * bfq_setup_cooperator): no point in adding bfqq into the
664          * position tree.
665          */
666         if (bfq_too_late_for_merging(bfqq))
667                 return;
668
669         if (bfq_class_idle(bfqq))
670                 return;
671         if (!bfqq->next_rq)
672                 return;
673
674         bfqq->pos_root = &bfq_bfqq_to_bfqg(bfqq)->rq_pos_tree;
675         __bfqq = bfq_rq_pos_tree_lookup(bfqd, bfqq->pos_root,
676                         blk_rq_pos(bfqq->next_rq), &parent, &p);
677         if (!__bfqq) {
678                 rb_link_node(&bfqq->pos_node, parent, p);
679                 rb_insert_color(&bfqq->pos_node, bfqq->pos_root);
680         } else
681                 bfqq->pos_root = NULL;
682 }
683
684 /*
685  * The following function returns false either if every active queue
686  * must receive the same share of the throughput (symmetric scenario),
687  * or, as a special case, if bfqq must receive a share of the
688  * throughput lower than or equal to the share that every other active
689  * queue must receive.  If bfqq does sync I/O, then these are the only
690  * two cases where bfqq happens to be guaranteed its share of the
691  * throughput even if I/O dispatching is not plugged when bfqq remains
692  * temporarily empty (for more details, see the comments in the
693  * function bfq_better_to_idle()). For this reason, the return value
694  * of this function is used to check whether I/O-dispatch plugging can
695  * be avoided.
696  *
697  * The above first case (symmetric scenario) occurs when:
698  * 1) all active queues have the same weight,
699  * 2) all active queues belong to the same I/O-priority class,
700  * 3) all active groups at the same level in the groups tree have the same
701  *    weight,
702  * 4) all active groups at the same level in the groups tree have the same
703  *    number of children.
704  *
705  * Unfortunately, keeping the necessary state for evaluating exactly
706  * the last two symmetry sub-conditions above would be quite complex
707  * and time consuming. Therefore this function evaluates, instead,
708  * only the following stronger three sub-conditions, for which it is
709  * much easier to maintain the needed state:
710  * 1) all active queues have the same weight,
711  * 2) all active queues belong to the same I/O-priority class,
712  * 3) there are no active groups.
713  * In particular, the last condition is always true if hierarchical
714  * support or the cgroups interface are not enabled, thus no state
715  * needs to be maintained in this case.
716  */
717 static bool bfq_asymmetric_scenario(struct bfq_data *bfqd,
718                                    struct bfq_queue *bfqq)
719 {
720         bool smallest_weight = bfqq &&
721                 bfqq->weight_counter &&
722                 bfqq->weight_counter ==
723                 container_of(
724                         rb_first_cached(&bfqd->queue_weights_tree),
725                         struct bfq_weight_counter,
726                         weights_node);
727
728         /*
729          * For queue weights to differ, queue_weights_tree must contain
730          * at least two nodes.
731          */
732         bool varied_queue_weights = !smallest_weight &&
733                 !RB_EMPTY_ROOT(&bfqd->queue_weights_tree.rb_root) &&
734                 (bfqd->queue_weights_tree.rb_root.rb_node->rb_left ||
735                  bfqd->queue_weights_tree.rb_root.rb_node->rb_right);
736
737         bool multiple_classes_busy =
738                 (bfqd->busy_queues[0] && bfqd->busy_queues[1]) ||
739                 (bfqd->busy_queues[0] && bfqd->busy_queues[2]) ||
740                 (bfqd->busy_queues[1] && bfqd->busy_queues[2]);
741
742         return varied_queue_weights || multiple_classes_busy
743 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
744                || bfqd->num_groups_with_pending_reqs > 0
745 #endif
746                 ;
747 }
748
749 /*
750  * If the weight-counter tree passed as input contains no counter for
751  * the weight of the input queue, then add that counter; otherwise just
752  * increment the existing counter.
753  *
754  * Note that weight-counter trees contain few nodes in mostly symmetric
755  * scenarios. For example, if all queues have the same weight, then the
756  * weight-counter tree for the queues may contain at most one node.
757  * This holds even if low_latency is on, because weight-raised queues
758  * are not inserted in the tree.
759  * In most scenarios, the rate at which nodes are created/destroyed
760  * should be low too.
761  */
762 void bfq_weights_tree_add(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
763                           struct rb_root_cached *root)
764 {
765         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
766         struct rb_node **new = &(root->rb_root.rb_node), *parent = NULL;
767         bool leftmost = true;
768
769         /*
770          * Do not insert if the queue is already associated with a
771          * counter, which happens if:
772          *   1) a request arrival has caused the queue to become both
773          *      non-weight-raised, and hence change its weight, and
774          *      backlogged; in this respect, each of the two events
775          *      causes an invocation of this function,
776          *   2) this is the invocation of this function caused by the
777          *      second event. This second invocation is actually useless,
778          *      and we handle this fact by exiting immediately. More
779          *      efficient or clearer solutions might possibly be adopted.
780          */
781         if (bfqq->weight_counter)
782                 return;
783
784         while (*new) {
785                 struct bfq_weight_counter *__counter = container_of(*new,
786                                                 struct bfq_weight_counter,
787                                                 weights_node);
788                 parent = *new;
789
790                 if (entity->weight == __counter->weight) {
791                         bfqq->weight_counter = __counter;
792                         goto inc_counter;
793                 }
794                 if (entity->weight < __counter->weight)
795                         new = &((*new)->rb_left);
796                 else {
797                         new = &((*new)->rb_right);
798                         leftmost = false;
799                 }
800         }
801
802         bfqq->weight_counter = kzalloc(sizeof(struct bfq_weight_counter),
803                                        GFP_ATOMIC);
804
805         /*
806          * In the unlucky event of an allocation failure, we just
807          * exit. This will cause the weight of queue to not be
808          * considered in bfq_asymmetric_scenario, which, in its turn,
809          * causes the scenario to be deemed wrongly symmetric in case
810          * bfqq's weight would have been the only weight making the
811          * scenario asymmetric.  On the bright side, no unbalance will
812          * however occur when bfqq becomes inactive again (the
813          * invocation of this function is triggered by an activation
814          * of queue).  In fact, bfq_weights_tree_remove does nothing
815          * if !bfqq->weight_counter.
816          */
817         if (unlikely(!bfqq->weight_counter))
818                 return;
819
820         bfqq->weight_counter->weight = entity->weight;
821         rb_link_node(&bfqq->weight_counter->weights_node, parent, new);
822         rb_insert_color_cached(&bfqq->weight_counter->weights_node, root,
823                                 leftmost);
824
825 inc_counter:
826         bfqq->weight_counter->num_active++;
827         bfqq->ref++;
828 }
829
830 /*
831  * Decrement the weight counter associated with the queue, and, if the
832  * counter reaches 0, remove the counter from the tree.
833  * See the comments to the function bfq_weights_tree_add() for considerations
834  * about overhead.
835  */
836 void __bfq_weights_tree_remove(struct bfq_data *bfqd,
837                                struct bfq_queue *bfqq,
838                                struct rb_root_cached *root)
839 {
840         if (!bfqq->weight_counter)
841                 return;
842
843         bfqq->weight_counter->num_active--;
844         if (bfqq->weight_counter->num_active > 0)
845                 goto reset_entity_pointer;
846
847         rb_erase_cached(&bfqq->weight_counter->weights_node, root);
848         kfree(bfqq->weight_counter);
849
850 reset_entity_pointer:
851         bfqq->weight_counter = NULL;
852         bfq_put_queue(bfqq);
853 }
854
855 /*
856  * Invoke __bfq_weights_tree_remove on bfqq and decrement the number
857  * of active groups for each queue's inactive parent entity.
858  */
859 void bfq_weights_tree_remove(struct bfq_data *bfqd,
860                              struct bfq_queue *bfqq)
861 {
862         struct bfq_entity *entity = bfqq->entity.parent;
863
864         for_each_entity(entity) {
865                 struct bfq_sched_data *sd = entity->my_sched_data;
866
867                 if (sd->next_in_service || sd->in_service_entity) {
868                         /*
869                          * entity is still active, because either
870                          * next_in_service or in_service_entity is not
871                          * NULL (see the comments on the definition of
872                          * next_in_service for details on why
873                          * in_service_entity must be checked too).
874                          *
875                          * As a consequence, its parent entities are
876                          * active as well, and thus this loop must
877                          * stop here.
878                          */
879                         break;
880                 }
881
882                 /*
883                  * The decrement of num_groups_with_pending_reqs is
884                  * not performed immediately upon the deactivation of
885                  * entity, but it is delayed to when it also happens
886                  * that the first leaf descendant bfqq of entity gets
887                  * all its pending requests completed. The following
888                  * instructions perform this delayed decrement, if
889                  * needed. See the comments on
890                  * num_groups_with_pending_reqs for details.
891                  */
892                 if (entity->in_groups_with_pending_reqs) {
893                         entity->in_groups_with_pending_reqs = false;
894                         bfqd->num_groups_with_pending_reqs--;
895                 }
896         }
897
898         /*
899          * Next function is invoked last, because it causes bfqq to be
900          * freed if the following holds: bfqq is not in service and
901          * has no dispatched request. DO NOT use bfqq after the next
902          * function invocation.
903          */
904         __bfq_weights_tree_remove(bfqd, bfqq,
905                                   &bfqd->queue_weights_tree);
906 }
907
908 /*
909  * Return expired entry, or NULL to just start from scratch in rbtree.
910  */
911 static struct request *bfq_check_fifo(struct bfq_queue *bfqq,
912                                       struct request *last)
913 {
914         struct request *rq;
915
916         if (bfq_bfqq_fifo_expire(bfqq))
917                 return NULL;
918
919         bfq_mark_bfqq_fifo_expire(bfqq);
920
921         rq = rq_entry_fifo(bfqq->fifo.next);
922
923         if (rq == last || ktime_get_ns() < rq->fifo_time)
924                 return NULL;
925
926         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "check_fifo: returned %p", rq);
927         return rq;
928 }
929
930 static struct request *bfq_find_next_rq(struct bfq_data *bfqd,
931                                         struct bfq_queue *bfqq,
932                                         struct request *last)
933 {
934         struct rb_node *rbnext = rb_next(&last->rb_node);
935         struct rb_node *rbprev = rb_prev(&last->rb_node);
936         struct request *next, *prev = NULL;
937
938         /* Follow expired path, else get first next available. */
939         next = bfq_check_fifo(bfqq, last);
940         if (next)
941                 return next;
942
943         if (rbprev)
944                 prev = rb_entry_rq(rbprev);
945
946         if (rbnext)
947                 next = rb_entry_rq(rbnext);
948         else {
949                 rbnext = rb_first(&bfqq->sort_list);
950                 if (rbnext && rbnext != &last->rb_node)
951                         next = rb_entry_rq(rbnext);
952         }
953
954         return bfq_choose_req(bfqd, next, prev, blk_rq_pos(last));
955 }
956
957 /* see the definition of bfq_async_charge_factor for details */
958 static unsigned long bfq_serv_to_charge(struct request *rq,
959                                         struct bfq_queue *bfqq)
960 {
961         if (bfq_bfqq_sync(bfqq) || bfqq->wr_coeff > 1 ||
962             bfq_asymmetric_scenario(bfqq->bfqd, bfqq))
963                 return blk_rq_sectors(rq);
964
965         return blk_rq_sectors(rq) * bfq_async_charge_factor;
966 }
967
968 /**
969  * bfq_updated_next_req - update the queue after a new next_rq selection.
970  * @bfqd: the device data the queue belongs to.
971  * @bfqq: the queue to update.
972  *
973  * If the first request of a queue changes we make sure that the queue
974  * has enough budget to serve at least its first request (if the
975  * request has grown).  We do this because if the queue has not enough
976  * budget for its first request, it has to go through two dispatch
977  * rounds to actually get it dispatched.
978  */
979 static void bfq_updated_next_req(struct bfq_data *bfqd,
980                                  struct bfq_queue *bfqq)
981 {
982         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
983         struct request *next_rq = bfqq->next_rq;
984         unsigned long new_budget;
985
986         if (!next_rq)
987                 return;
988
989         if (bfqq == bfqd->in_service_queue)
990                 /*
991                  * In order not to break guarantees, budgets cannot be
992                  * changed after an entity has been selected.
993                  */
994                 return;
995
996         new_budget = max_t(unsigned long,
997                            max_t(unsigned long, bfqq->max_budget,
998                                  bfq_serv_to_charge(next_rq, bfqq)),
999                            entity->service);
1000         if (entity->budget != new_budget) {
1001                 entity->budget = new_budget;
1002                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "updated next rq: new budget %lu",
1003                                          new_budget);
1004                 bfq_requeue_bfqq(bfqd, bfqq, false);
1005         }
1006 }
1007
1008 static unsigned int bfq_wr_duration(struct bfq_data *bfqd)
1009 {
1010         u64 dur;
1011
1012         if (bfqd->bfq_wr_max_time > 0)
1013                 return bfqd->bfq_wr_max_time;
1014
1015         dur = bfqd->rate_dur_prod;
1016         do_div(dur, bfqd->peak_rate);
1017
1018         /*
1019          * Limit duration between 3 and 25 seconds. The upper limit
1020          * has been conservatively set after the following worst case:
1021          * on a QEMU/KVM virtual machine
1022          * - running in a slow PC
1023          * - with a virtual disk stacked on a slow low-end 5400rpm HDD
1024          * - serving a heavy I/O workload, such as the sequential reading
1025          *   of several files
1026          * mplayer took 23 seconds to start, if constantly weight-raised.
1027          *
1028          * As for higher values than that accommodating the above bad
1029          * scenario, tests show that higher values would often yield
1030          * the opposite of the desired result, i.e., would worsen
1031          * responsiveness by allowing non-interactive applications to
1032          * preserve weight raising for too long.
1033          *
1034          * On the other end, lower values than 3 seconds make it
1035          * difficult for most interactive tasks to complete their jobs
1036          * before weight-raising finishes.
1037          */
1038         return clamp_val(dur, msecs_to_jiffies(3000), msecs_to_jiffies(25000));
1039 }
1040
1041 /* switch back from soft real-time to interactive weight raising */
1042 static void switch_back_to_interactive_wr(struct bfq_queue *bfqq,
1043                                           struct bfq_data *bfqd)
1044 {
1045         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
1046         bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
1047         bfqq->last_wr_start_finish = bfqq->wr_start_at_switch_to_srt;
1048 }
1049
1050 static void
1051 bfq_bfqq_resume_state(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_data *bfqd,
1052                       struct bfq_io_cq *bic, bool bfq_already_existing)
1053 {
1054         unsigned int old_wr_coeff = 1;
1055         bool busy = bfq_already_existing && bfq_bfqq_busy(bfqq);
1056
1057         if (bic->saved_has_short_ttime)
1058                 bfq_mark_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
1059         else
1060                 bfq_clear_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
1061
1062         if (bic->saved_IO_bound)
1063                 bfq_mark_bfqq_IO_bound(bfqq);
1064         else
1065                 bfq_clear_bfqq_IO_bound(bfqq);
1066
1067         bfqq->last_serv_time_ns = bic->saved_last_serv_time_ns;
1068         bfqq->inject_limit = bic->saved_inject_limit;
1069         bfqq->decrease_time_jif = bic->saved_decrease_time_jif;
1070
1071         bfqq->entity.new_weight = bic->saved_weight;
1072         bfqq->ttime = bic->saved_ttime;
1073         bfqq->io_start_time = bic->saved_io_start_time;
1074         bfqq->tot_idle_time = bic->saved_tot_idle_time;
1075         /*
1076          * Restore weight coefficient only if low_latency is on
1077          */
1078         if (bfqd->low_latency) {
1079                 old_wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
1080                 bfqq->wr_coeff = bic->saved_wr_coeff;
1081         }
1082         bfqq->service_from_wr = bic->saved_service_from_wr;
1083         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt = bic->saved_wr_start_at_switch_to_srt;
1084         bfqq->last_wr_start_finish = bic->saved_last_wr_start_finish;
1085         bfqq->wr_cur_max_time = bic->saved_wr_cur_max_time;
1086
1087         if (bfqq->wr_coeff > 1 && (bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq) ||
1088             time_is_before_jiffies(bfqq->last_wr_start_finish +
1089                                    bfqq->wr_cur_max_time))) {
1090                 if (bfqq->wr_cur_max_time == bfqd->bfq_wr_rt_max_time &&
1091                     !bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq) &&
1092                     time_is_after_eq_jiffies(bfqq->wr_start_at_switch_to_srt +
1093                                              bfq_wr_duration(bfqd))) {
1094                         switch_back_to_interactive_wr(bfqq, bfqd);
1095                 } else {
1096                         bfqq->wr_coeff = 1;
1097                         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq,
1098                                      "resume state: switching off wr");
1099                 }
1100         }
1101
1102         /* make sure weight will be updated, however we got here */
1103         bfqq->entity.prio_changed = 1;
1104
1105         if (likely(!busy))
1106                 return;
1107
1108         if (old_wr_coeff == 1 && bfqq->wr_coeff > 1)
1109                 bfqd->wr_busy_queues++;
1110         else if (old_wr_coeff > 1 && bfqq->wr_coeff == 1)
1111                 bfqd->wr_busy_queues--;
1112 }
1113
1114 static int bfqq_process_refs(struct bfq_queue *bfqq)
1115 {
1116         return bfqq->ref - bfqq->allocated - bfqq->entity.on_st_or_in_serv -
1117                 (bfqq->weight_counter != NULL) - bfqq->stable_ref;
1118 }
1119
1120 /* Empty burst list and add just bfqq (see comments on bfq_handle_burst) */
1121 static void bfq_reset_burst_list(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
1122 {
1123         struct bfq_queue *item;
1124         struct hlist_node *n;
1125
1126         hlist_for_each_entry_safe(item, n, &bfqd->burst_list, burst_list_node)
1127                 hlist_del_init(&item->burst_list_node);
1128
1129         /*
1130          * Start the creation of a new burst list only if there is no
1131          * active queue. See comments on the conditional invocation of
1132          * bfq_handle_burst().
1133          */
1134         if (bfq_tot_busy_queues(bfqd) == 0) {
1135                 hlist_add_head(&bfqq->burst_list_node, &bfqd->burst_list);
1136                 bfqd->burst_size = 1;
1137         } else
1138                 bfqd->burst_size = 0;
1139
1140         bfqd->burst_parent_entity = bfqq->entity.parent;
1141 }
1142
1143 /* Add bfqq to the list of queues in current burst (see bfq_handle_burst) */
1144 static void bfq_add_to_burst(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
1145 {
1146         /* Increment burst size to take into account also bfqq */
1147         bfqd->burst_size++;
1148
1149         if (bfqd->burst_size == bfqd->bfq_large_burst_thresh) {
1150                 struct bfq_queue *pos, *bfqq_item;
1151                 struct hlist_node *n;
1152
1153                 /*
1154                  * Enough queues have been activated shortly after each
1155                  * other to consider this burst as large.
1156                  */
1157                 bfqd->large_burst = true;
1158
1159                 /*
1160                  * We can now mark all queues in the burst list as
1161                  * belonging to a large burst.
1162                  */
1163                 hlist_for_each_entry(bfqq_item, &bfqd->burst_list,
1164                                      burst_list_node)
1165                         bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq_item);
1166                 bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq);
1167
1168                 /*
1169                  * From now on, and until the current burst finishes, any
1170                  * new queue being activated shortly after the last queue
1171                  * was inserted in the burst can be immediately marked as
1172                  * belonging to a large burst. So the burst list is not
1173                  * needed any more. Remove it.
1174                  */
1175                 hlist_for_each_entry_safe(pos, n, &bfqd->burst_list,
1176                                           burst_list_node)
1177                         hlist_del_init(&pos->burst_list_node);
1178         } else /*
1179                 * Burst not yet large: add bfqq to the burst list. Do
1180                 * not increment the ref counter for bfqq, because bfqq
1181                 * is removed from the burst list before freeing bfqq
1182                 * in put_queue.
1183                 */
1184                 hlist_add_head(&bfqq->burst_list_node, &bfqd->burst_list);
1185 }
1186
1187 /*
1188  * If many queues belonging to the same group happen to be created
1189  * shortly after each other, then the processes associated with these
1190  * queues have typically a common goal. In particular, bursts of queue
1191  * creations are usually caused by services or applications that spawn
1192  * many parallel threads/processes. Examples are systemd during boot,
1193  * or git grep. To help these processes get their job done as soon as
1194  * possible, it is usually better to not grant either weight-raising
1195  * or device idling to their queues, unless these queues must be
1196  * protected from the I/O flowing through other active queues.
1197  *
1198  * In this comment we describe, firstly, the reasons why this fact
1199  * holds, and, secondly, the next function, which implements the main
1200  * steps needed to properly mark these queues so that they can then be
1201  * treated in a different way.
1202  *
1203  * The above services or applications benefit mostly from a high
1204  * throughput: the quicker the requests of the activated queues are
1205  * cumulatively served, the sooner the target job of these queues gets
1206  * completed. As a consequence, weight-raising any of these queues,
1207  * which also implies idling the device for it, is almost always
1208  * counterproductive, unless there are other active queues to isolate
1209  * these new queues from. If there no other active queues, then
1210  * weight-raising these new queues just lowers throughput in most
1211  * cases.
1212  *
1213  * On the other hand, a burst of queue creations may be caused also by
1214  * the start of an application that does not consist of a lot of
1215  * parallel I/O-bound threads. In fact, with a complex application,
1216  * several short processes may need to be executed to start-up the
1217  * application. In this respect, to start an application as quickly as
1218  * possible, the best thing to do is in any case to privilege the I/O
1219  * related to the application with respect to all other
1220  * I/O. Therefore, the best strategy to start as quickly as possible
1221  * an application that causes a burst of queue creations is to
1222  * weight-raise all the queues created during the burst. This is the
1223  * exact opposite of the best strategy for the other type of bursts.
1224  *
1225  * In the end, to take the best action for each of the two cases, the
1226  * two types of bursts need to be distinguished. Fortunately, this
1227  * seems relatively easy, by looking at the sizes of the bursts. In
1228  * particular, we found a threshold such that only bursts with a
1229  * larger size than that threshold are apparently caused by
1230  * services or commands such as systemd or git grep. For brevity,
1231  * hereafter we call just 'large' these bursts. BFQ *does not*
1232  * weight-raise queues whose creation occurs in a large burst. In
1233  * addition, for each of these queues BFQ performs or does not perform
1234  * idling depending on which choice boosts the throughput more. The
1235  * exact choice depends on the device and request pattern at
1236  * hand.
1237  *
1238  * Unfortunately, false positives may occur while an interactive task
1239  * is starting (e.g., an application is being started). The
1240  * consequence is that the queues associated with the task do not
1241  * enjoy weight raising as expected. Fortunately these false positives
1242  * are very rare. They typically occur if some service happens to
1243  * start doing I/O exactly when the interactive task starts.
1244  *
1245  * Turning back to the next function, it is invoked only if there are
1246  * no active queues (apart from active queues that would belong to the
1247  * same, possible burst bfqq would belong to), and it implements all
1248  * the steps needed to detect the occurrence of a large burst and to
1249  * properly mark all the queues belonging to it (so that they can then
1250  * be treated in a different way). This goal is achieved by
1251  * maintaining a "burst list" that holds, temporarily, the queues that
1252  * belong to the burst in progress. The list is then used to mark
1253  * these queues as belonging to a large burst if the burst does become
1254  * large. The main steps are the following.
1255  *
1256  * . when the very first queue is created, the queue is inserted into the
1257  *   list (as it could be the first queue in a possible burst)
1258  *
1259  * . if the current burst has not yet become large, and a queue Q that does
1260  *   not yet belong to the burst is activated shortly after the last time
1261  *   at which a new queue entered the burst list, then the function appends
1262  *   Q to the burst list
1263  *
1264  * . if, as a consequence of the previous step, the burst size reaches
1265  *   the large-burst threshold, then
1266  *
1267  *     . all the queues in the burst list are marked as belonging to a
1268  *       large burst
1269  *
1270  *     . the burst list is deleted; in fact, the burst list already served
1271  *       its purpose (keeping temporarily track of the queues in a burst,
1272  *       so as to be able to mark them as belonging to a large burst in the
1273  *       previous sub-step), and now is not needed any more
1274  *
1275  *     . the device enters a large-burst mode
1276  *
1277  * . if a queue Q that does not belong to the burst is created while
1278  *   the device is in large-burst mode and shortly after the last time
1279  *   at which a queue either entered the burst list or was marked as
1280  *   belonging to the current large burst, then Q is immediately marked
1281  *   as belonging to a large burst.
1282  *
1283  * . if a queue Q that does not belong to the burst is created a while
1284  *   later, i.e., not shortly after, than the last time at which a queue
1285  *   either entered the burst list or was marked as belonging to the
1286  *   current large burst, then the current burst is deemed as finished and:
1287  *
1288  *        . the large-burst mode is reset if set
1289  *
1290  *        . the burst list is emptied
1291  *
1292  *        . Q is inserted in the burst list, as Q may be the first queue
1293  *          in a possible new burst (then the burst list contains just Q
1294  *          after this step).
1295  */
1296 static void bfq_handle_burst(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
1297 {
1298         /*
1299          * If bfqq is already in the burst list or is part of a large
1300          * burst, or finally has just been split, then there is
1301          * nothing else to do.
1302          */
1303         if (!hlist_unhashed(&bfqq->burst_list_node) ||
1304             bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq) ||
1305             time_is_after_eq_jiffies(bfqq->split_time +
1306                                      msecs_to_jiffies(10)))
1307                 return;
1308
1309         /*
1310          * If bfqq's creation happens late enough, or bfqq belongs to
1311          * a different group than the burst group, then the current
1312          * burst is finished, and related data structures must be
1313          * reset.
1314          *
1315          * In this respect, consider the special case where bfqq is
1316          * the very first queue created after BFQ is selected for this
1317          * device. In this case, last_ins_in_burst and
1318          * burst_parent_entity are not yet significant when we get
1319          * here. But it is easy to verify that, whether or not the
1320          * following condition is true, bfqq will end up being
1321          * inserted into the burst list. In particular the list will
1322          * happen to contain only bfqq. And this is exactly what has
1323          * to happen, as bfqq may be the first queue of the first
1324          * burst.
1325          */
1326         if (time_is_before_jiffies(bfqd->last_ins_in_burst +
1327             bfqd->bfq_burst_interval) ||
1328             bfqq->entity.parent != bfqd->burst_parent_entity) {
1329                 bfqd->large_burst = false;
1330                 bfq_reset_burst_list(bfqd, bfqq);
1331                 goto end;
1332         }
1333
1334         /*
1335          * If we get here, then bfqq is being activated shortly after the
1336          * last queue. So, if the current burst is also large, we can mark
1337          * bfqq as belonging to this large burst immediately.
1338          */
1339         if (bfqd->large_burst) {
1340                 bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq);
1341                 goto end;
1342         }
1343
1344         /*
1345          * If we get here, then a large-burst state has not yet been
1346          * reached, but bfqq is being activated shortly after the last
1347          * queue. Then we add bfqq to the burst.
1348          */
1349         bfq_add_to_burst(bfqd, bfqq);
1350 end:
1351         /*
1352          * At this point, bfqq either has been added to the current
1353          * burst or has caused the current burst to terminate and a
1354          * possible new burst to start. In particular, in the second
1355          * case, bfqq has become the first queue in the possible new
1356          * burst.  In both cases last_ins_in_burst needs to be moved
1357          * forward.
1358          */
1359         bfqd->last_ins_in_burst = jiffies;
1360 }
1361
1362 static int bfq_bfqq_budget_left(struct bfq_queue *bfqq)
1363 {
1364         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
1365
1366         return entity->budget - entity->service;
1367 }
1368
1369 /*
1370  * If enough samples have been computed, return the current max budget
1371  * stored in bfqd, which is dynamically updated according to the
1372  * estimated disk peak rate; otherwise return the default max budget
1373  */
1374 static int bfq_max_budget(struct bfq_data *bfqd)
1375 {
1376         if (bfqd->budgets_assigned < bfq_stats_min_budgets)
1377                 return bfq_default_max_budget;
1378         else
1379                 return bfqd->bfq_max_budget;
1380 }
1381
1382 /*
1383  * Return min budget, which is a fraction of the current or default
1384  * max budget (trying with 1/32)
1385  */
1386 static int bfq_min_budget(struct bfq_data *bfqd)
1387 {
1388         if (bfqd->budgets_assigned < bfq_stats_min_budgets)
1389                 return bfq_default_max_budget / 32;
1390         else
1391                 return bfqd->bfq_max_budget / 32;
1392 }
1393
1394 /*
1395  * The next function, invoked after the input queue bfqq switches from
1396  * idle to busy, updates the budget of bfqq. The function also tells
1397  * whether the in-service queue should be expired, by returning
1398  * true. The purpose of expiring the in-service queue is to give bfqq
1399  * the chance to possibly preempt the in-service queue, and the reason
1400  * for preempting the in-service queue is to achieve one of the two
1401  * goals below.
1402  *
1403  * 1. Guarantee to bfqq its reserved bandwidth even if bfqq has
1404  * expired because it has remained idle. In particular, bfqq may have
1405  * expired for one of the following two reasons:
1406  *
1407  * - BFQQE_NO_MORE_REQUESTS bfqq did not enjoy any device idling
1408  *   and did not make it to issue a new request before its last
1409  *   request was served;
1410  *
1411  * - BFQQE_TOO_IDLE bfqq did enjoy device idling, but did not issue
1412  *   a new request before the expiration of the idling-time.
1413  *
1414  * Even if bfqq has expired for one of the above reasons, the process
1415  * associated with the queue may be however issuing requests greedily,
1416  * and thus be sensitive to the bandwidth it receives (bfqq may have
1417  * remained idle for other reasons: CPU high load, bfqq not enjoying
1418  * idling, I/O throttling somewhere in the path from the process to
1419  * the I/O scheduler, ...). But if, after every expiration for one of
1420  * the above two reasons, bfqq has to wait for the service of at least
1421  * one full budget of another queue before being served again, then
1422  * bfqq is likely to get a much lower bandwidth or resource time than
1423  * its reserved ones. To address this issue, two countermeasures need
1424  * to be taken.
1425  *
1426  * First, the budget and the timestamps of bfqq need to be updated in
1427  * a special way on bfqq reactivation: they need to be updated as if
1428  * bfqq did not remain idle and did not expire. In fact, if they are
1429  * computed as if bfqq expired and remained idle until reactivation,
1430  * then the process associated with bfqq is treated as if, instead of
1431  * being greedy, it stopped issuing requests when bfqq remained idle,
1432  * and restarts issuing requests only on this reactivation. In other
1433  * words, the scheduler does not help the process recover the "service
1434  * hole" between bfqq expiration and reactivation. As a consequence,
1435  * the process receives a lower bandwidth than its reserved one. In
1436  * contrast, to recover this hole, the budget must be updated as if
1437  * bfqq was not expired at all before this reactivation, i.e., it must
1438  * be set to the value of the remaining budget when bfqq was
1439  * expired. Along the same line, timestamps need to be assigned the
1440  * value they had the last time bfqq was selected for service, i.e.,
1441  * before last expiration. Thus timestamps need to be back-shifted
1442  * with respect to their normal computation (see [1] for more details
1443  * on this tricky aspect).
1444  *
1445  * Secondly, to allow the process to recover the hole, the in-service
1446  * queue must be expired too, to give bfqq the chance to preempt it
1447  * immediately. In fact, if bfqq has to wait for a full budget of the
1448  * in-service queue to be completed, then it may become impossible to
1449  * let the process recover the hole, even if the back-shifted
1450  * timestamps of bfqq are lower than those of the in-service queue. If
1451  * this happens for most or all of the holes, then the process may not
1452  * receive its reserved bandwidth. In this respect, it is worth noting
1453  * that, being the service of outstanding requests unpreemptible, a
1454  * little fraction of the holes may however be unrecoverable, thereby
1455  * causing a little loss of bandwidth.
1456  *
1457  * The last important point is detecting whether bfqq does need this
1458  * bandwidth recovery. In this respect, the next function deems the
1459  * process associated with bfqq greedy, and thus allows it to recover
1460  * the hole, if: 1) the process is waiting for the arrival of a new
1461  * request (which implies that bfqq expired for one of the above two
1462  * reasons), and 2) such a request has arrived soon. The first
1463  * condition is controlled through the flag non_blocking_wait_rq,
1464  * while the second through the flag arrived_in_time. If both
1465  * conditions hold, then the function computes the budget in the
1466  * above-described special way, and signals that the in-service queue
1467  * should be expired. Timestamp back-shifting is done later in
1468  * __bfq_activate_entity.
1469  *
1470  * 2. Reduce latency. Even if timestamps are not backshifted to let
1471  * the process associated with bfqq recover a service hole, bfqq may
1472  * however happen to have, after being (re)activated, a lower finish
1473  * timestamp than the in-service queue.  That is, the next budget of
1474  * bfqq may have to be completed before the one of the in-service
1475  * queue. If this is the case, then preempting the in-service queue
1476  * allows this goal to be achieved, apart from the unpreemptible,
1477  * outstanding requests mentioned above.
1478  *
1479  * Unfortunately, regardless of which of the above two goals one wants
1480  * to achieve, service trees need first to be updated to know whether
1481  * the in-service queue must be preempted. To have service trees
1482  * correctly updated, the in-service queue must be expired and
1483  * rescheduled, and bfqq must be scheduled too. This is one of the
1484  * most costly operations (in future versions, the scheduling
1485  * mechanism may be re-designed in such a way to make it possible to
1486  * know whether preemption is needed without needing to update service
1487  * trees). In addition, queue preemptions almost always cause random
1488  * I/O, which may in turn cause loss of throughput. Finally, there may
1489  * even be no in-service queue when the next function is invoked (so,
1490  * no queue to compare timestamps with). Because of these facts, the
1491  * next function adopts the following simple scheme to avoid costly
1492  * operations, too frequent preemptions and too many dependencies on
1493  * the state of the scheduler: it requests the expiration of the
1494  * in-service queue (unconditionally) only for queues that need to
1495  * recover a hole. Then it delegates to other parts of the code the
1496  * responsibility of handling the above case 2.
1497  */
1498 static bool bfq_bfqq_update_budg_for_activation(struct bfq_data *bfqd,
1499                                                 struct bfq_queue *bfqq,
1500                                                 bool arrived_in_time)
1501 {
1502         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
1503
1504         /*
1505          * In the next compound condition, we check also whether there
1506          * is some budget left, because otherwise there is no point in
1507          * trying to go on serving bfqq with this same budget: bfqq
1508          * would be expired immediately after being selected for
1509          * service. This would only cause useless overhead.
1510          */
1511         if (bfq_bfqq_non_blocking_wait_rq(bfqq) && arrived_in_time &&
1512             bfq_bfqq_budget_left(bfqq) > 0) {
1513                 /*
1514                  * We do not clear the flag non_blocking_wait_rq here, as
1515                  * the latter is used in bfq_activate_bfqq to signal
1516                  * that timestamps need to be back-shifted (and is
1517                  * cleared right after).
1518                  */
1519
1520                 /*
1521                  * In next assignment we rely on that either
1522                  * entity->service or entity->budget are not updated
1523                  * on expiration if bfqq is empty (see
1524                  * __bfq_bfqq_recalc_budget). Thus both quantities
1525                  * remain unchanged after such an expiration, and the
1526                  * following statement therefore assigns to
1527                  * entity->budget the remaining budget on such an
1528                  * expiration.
1529                  */
1530                 entity->budget = min_t(unsigned long,
1531                                        bfq_bfqq_budget_left(bfqq),
1532                                        bfqq->max_budget);
1533
1534                 /*
1535                  * At this point, we have used entity->service to get
1536                  * the budget left (needed for updating
1537                  * entity->budget). Thus we finally can, and have to,
1538                  * reset entity->service. The latter must be reset
1539                  * because bfqq would otherwise be charged again for
1540                  * the service it has received during its previous
1541                  * service slot(s).
1542                  */
1543                 entity->service = 0;
1544
1545                 return true;
1546         }
1547
1548         /*
1549          * We can finally complete expiration, by setting service to 0.
1550          */
1551         entity->service = 0;
1552         entity->budget = max_t(unsigned long, bfqq->max_budget,
1553                                bfq_serv_to_charge(bfqq->next_rq, bfqq));
1554         bfq_clear_bfqq_non_blocking_wait_rq(bfqq);
1555         return false;
1556 }
1557
1558 /*
1559  * Return the farthest past time instant according to jiffies
1560  * macros.
1561  */
1562 static unsigned long bfq_smallest_from_now(void)
1563 {
1564         return jiffies - MAX_JIFFY_OFFSET;
1565 }
1566
1567 static void bfq_update_bfqq_wr_on_rq_arrival(struct bfq_data *bfqd,
1568                                              struct bfq_queue *bfqq,
1569                                              unsigned int old_wr_coeff,
1570                                              bool wr_or_deserves_wr,
1571                                              bool interactive,
1572                                              bool in_burst,
1573                                              bool soft_rt)
1574 {
1575         if (old_wr_coeff == 1 && wr_or_deserves_wr) {
1576                 /* start a weight-raising period */
1577                 if (interactive) {
1578                         bfqq->service_from_wr = 0;
1579                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
1580                         bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
1581                 } else {
1582                         /*
1583                          * No interactive weight raising in progress
1584                          * here: assign minus infinity to
1585                          * wr_start_at_switch_to_srt, to make sure
1586                          * that, at the end of the soft-real-time
1587                          * weight raising periods that is starting
1588                          * now, no interactive weight-raising period
1589                          * may be wrongly considered as still in
1590                          * progress (and thus actually started by
1591                          * mistake).
1592                          */
1593                         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt =
1594                                 bfq_smallest_from_now();
1595                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff *
1596                                 BFQ_SOFTRT_WEIGHT_FACTOR;
1597                         bfqq->wr_cur_max_time =
1598                                 bfqd->bfq_wr_rt_max_time;
1599                 }
1600
1601                 /*
1602                  * If needed, further reduce budget to make sure it is
1603                  * close to bfqq's backlog, so as to reduce the
1604                  * scheduling-error component due to a too large
1605                  * budget. Do not care about throughput consequences,
1606                  * but only about latency. Finally, do not assign a
1607                  * too small budget either, to avoid increasing
1608                  * latency by causing too frequent expirations.
1609                  */
1610                 bfqq->entity.budget = min_t(unsigned long,
1611                                             bfqq->entity.budget,
1612                                             2 * bfq_min_budget(bfqd));
1613         } else if (old_wr_coeff > 1) {
1614                 if (interactive) { /* update wr coeff and duration */
1615                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
1616                         bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
1617                 } else if (in_burst)
1618                         bfqq->wr_coeff = 1;
1619                 else if (soft_rt) {
1620                         /*
1621                          * The application is now or still meeting the
1622                          * requirements for being deemed soft rt.  We
1623                          * can then correctly and safely (re)charge
1624                          * the weight-raising duration for the
1625                          * application with the weight-raising
1626                          * duration for soft rt applications.
1627                          *
1628                          * In particular, doing this recharge now, i.e.,
1629                          * before the weight-raising period for the
1630                          * application finishes, reduces the probability
1631                          * of the following negative scenario:
1632                          * 1) the weight of a soft rt application is
1633                          *    raised at startup (as for any newly
1634                          *    created application),
1635                          * 2) since the application is not interactive,
1636                          *    at a certain time weight-raising is
1637                          *    stopped for the application,
1638                          * 3) at that time the application happens to
1639                          *    still have pending requests, and hence
1640                          *    is destined to not have a chance to be
1641                          *    deemed soft rt before these requests are
1642                          *    completed (see the comments to the
1643                          *    function bfq_bfqq_softrt_next_start()
1644                          *    for details on soft rt detection),
1645                          * 4) these pending requests experience a high
1646                          *    latency because the application is not
1647                          *    weight-raised while they are pending.
1648                          */
1649                         if (bfqq->wr_cur_max_time !=
1650                                 bfqd->bfq_wr_rt_max_time) {
1651                                 bfqq->wr_start_at_switch_to_srt =
1652                                         bfqq->last_wr_start_finish;
1653
1654                                 bfqq->wr_cur_max_time =
1655                                         bfqd->bfq_wr_rt_max_time;
1656                                 bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff *
1657                                         BFQ_SOFTRT_WEIGHT_FACTOR;
1658                         }
1659                         bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
1660                 }
1661         }
1662 }
1663
1664 static bool bfq_bfqq_idle_for_long_time(struct bfq_data *bfqd,
1665                                         struct bfq_queue *bfqq)
1666 {
1667         return bfqq->dispatched == 0 &&
1668                 time_is_before_jiffies(
1669                         bfqq->budget_timeout +
1670                         bfqd->bfq_wr_min_idle_time);
1671 }
1672
1673
1674 /*
1675  * Return true if bfqq is in a higher priority class, or has a higher
1676  * weight than the in-service queue.
1677  */
1678 static bool bfq_bfqq_higher_class_or_weight(struct bfq_queue *bfqq,
1679                                             struct bfq_queue *in_serv_bfqq)
1680 {
1681         int bfqq_weight, in_serv_weight;
1682
1683         if (bfqq->ioprio_class < in_serv_bfqq->ioprio_class)
1684                 return true;
1685
1686         if (in_serv_bfqq->entity.parent == bfqq->entity.parent) {
1687                 bfqq_weight = bfqq->entity.weight;
1688                 in_serv_weight = in_serv_bfqq->entity.weight;
1689         } else {
1690                 if (bfqq->entity.parent)
1691                         bfqq_weight = bfqq->entity.parent->weight;
1692                 else
1693                         bfqq_weight = bfqq->entity.weight;
1694                 if (in_serv_bfqq->entity.parent)
1695                         in_serv_weight = in_serv_bfqq->entity.parent->weight;
1696                 else
1697                         in_serv_weight = in_serv_bfqq->entity.weight;
1698         }
1699
1700         return bfqq_weight > in_serv_weight;
1701 }
1702
1703 static bool bfq_better_to_idle(struct bfq_queue *bfqq);
1704
1705 static void bfq_bfqq_handle_idle_busy_switch(struct bfq_data *bfqd,
1706                                              struct bfq_queue *bfqq,
1707                                              int old_wr_coeff,
1708                                              struct request *rq,
1709                                              bool *interactive)
1710 {
1711         bool soft_rt, in_burst, wr_or_deserves_wr,
1712                 bfqq_wants_to_preempt,
1713                 idle_for_long_time = bfq_bfqq_idle_for_long_time(bfqd, bfqq),
1714                 /*
1715                  * See the comments on
1716                  * bfq_bfqq_update_budg_for_activation for
1717                  * details on the usage of the next variable.
1718                  */
1719                 arrived_in_time =  ktime_get_ns() <=
1720                         bfqq->ttime.last_end_request +
1721                         bfqd->bfq_slice_idle * 3;
1722
1723
1724         /*
1725          * bfqq deserves to be weight-raised if:
1726          * - it is sync,
1727          * - it does not belong to a large burst,
1728          * - it has been idle for enough time or is soft real-time,
1729          * - is linked to a bfq_io_cq (it is not shared in any sense),
1730          * - has a default weight (otherwise we assume the user wanted
1731          *   to control its weight explicitly)
1732          */
1733         in_burst = bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq);
1734         soft_rt = bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate > 0 &&
1735                 !BFQQ_TOTALLY_SEEKY(bfqq) &&
1736                 !in_burst &&
1737                 time_is_before_jiffies(bfqq->soft_rt_next_start) &&
1738                 bfqq->dispatched == 0 &&
1739                 bfqq->entity.new_weight == 40;
1740         *interactive = !in_burst && idle_for_long_time &&
1741                 bfqq->entity.new_weight == 40;
1742         /*
1743          * Merged bfq_queues are kept out of weight-raising
1744          * (low-latency) mechanisms. The reason is that these queues
1745          * are usually created for non-interactive and
1746          * non-soft-real-time tasks. Yet this is not the case for
1747          * stably-merged queues. These queues are merged just because
1748          * they are created shortly after each other. So they may
1749          * easily serve the I/O of an interactive or soft-real time
1750          * application, if the application happens to spawn multiple
1751          * processes. So let also stably-merged queued enjoy weight
1752          * raising.
1753          */
1754         wr_or_deserves_wr = bfqd->low_latency &&
1755                 (bfqq->wr_coeff > 1 ||
1756                  (bfq_bfqq_sync(bfqq) &&
1757                   (bfqq->bic || RQ_BIC(rq)->stably_merged) &&
1758                    (*interactive || soft_rt)));
1759
1760         /*
1761          * Using the last flag, update budget and check whether bfqq
1762          * may want to preempt the in-service queue.
1763          */
1764         bfqq_wants_to_preempt =
1765                 bfq_bfqq_update_budg_for_activation(bfqd, bfqq,
1766                                                     arrived_in_time);
1767
1768         /*
1769          * If bfqq happened to be activated in a burst, but has been
1770          * idle for much more than an interactive queue, then we
1771          * assume that, in the overall I/O initiated in the burst, the
1772          * I/O associated with bfqq is finished. So bfqq does not need
1773          * to be treated as a queue belonging to a burst
1774          * anymore. Accordingly, we reset bfqq's in_large_burst flag
1775          * if set, and remove bfqq from the burst list if it's
1776          * there. We do not decrement burst_size, because the fact
1777          * that bfqq does not need to belong to the burst list any
1778          * more does not invalidate the fact that bfqq was created in
1779          * a burst.
1780          */
1781         if (likely(!bfq_bfqq_just_created(bfqq)) &&
1782             idle_for_long_time &&
1783             time_is_before_jiffies(
1784                     bfqq->budget_timeout +
1785                     msecs_to_jiffies(10000))) {
1786                 hlist_del_init(&bfqq->burst_list_node);
1787                 bfq_clear_bfqq_in_large_burst(bfqq);
1788         }
1789
1790         bfq_clear_bfqq_just_created(bfqq);
1791
1792         if (bfqd->low_latency) {
1793                 if (unlikely(time_is_after_jiffies(bfqq->split_time)))
1794                         /* wraparound */
1795                         bfqq->split_time =
1796                                 jiffies - bfqd->bfq_wr_min_idle_time - 1;
1797
1798                 if (time_is_before_jiffies(bfqq->split_time +
1799                                            bfqd->bfq_wr_min_idle_time)) {
1800                         bfq_update_bfqq_wr_on_rq_arrival(bfqd, bfqq,
1801                                                          old_wr_coeff,
1802                                                          wr_or_deserves_wr,
1803                                                          *interactive,
1804                                                          in_burst,
1805                                                          soft_rt);
1806
1807                         if (old_wr_coeff != bfqq->wr_coeff)
1808                                 bfqq->entity.prio_changed = 1;
1809                 }
1810         }
1811
1812         bfqq->last_idle_bklogged = jiffies;
1813         bfqq->service_from_backlogged = 0;
1814         bfq_clear_bfqq_softrt_update(bfqq);
1815
1816         bfq_add_bfqq_busy(bfqd, bfqq);
1817
1818         /*
1819          * Expire in-service queue if preemption may be needed for
1820          * guarantees or throughput. As for guarantees, we care
1821          * explicitly about two cases. The first is that bfqq has to
1822          * recover a service hole, as explained in the comments on
1823          * bfq_bfqq_update_budg_for_activation(), i.e., that
1824          * bfqq_wants_to_preempt is true. However, if bfqq does not
1825          * carry time-critical I/O, then bfqq's bandwidth is less
1826          * important than that of queues that carry time-critical I/O.
1827          * So, as a further constraint, we consider this case only if
1828          * bfqq is at least as weight-raised, i.e., at least as time
1829          * critical, as the in-service queue.
1830          *
1831          * The second case is that bfqq is in a higher priority class,
1832          * or has a higher weight than the in-service queue. If this
1833          * condition does not hold, we don't care because, even if
1834          * bfqq does not start to be served immediately, the resulting
1835          * delay for bfqq's I/O is however lower or much lower than
1836          * the ideal completion time to be guaranteed to bfqq's I/O.
1837          *
1838          * In both cases, preemption is needed only if, according to
1839          * the timestamps of both bfqq and of the in-service queue,
1840          * bfqq actually is the next queue to serve. So, to reduce
1841          * useless preemptions, the return value of
1842          * next_queue_may_preempt() is considered in the next compound
1843          * condition too. Yet next_queue_may_preempt() just checks a
1844          * simple, necessary condition for bfqq to be the next queue
1845          * to serve. In fact, to evaluate a sufficient condition, the
1846          * timestamps of the in-service queue would need to be
1847          * updated, and this operation is quite costly (see the
1848          * comments on bfq_bfqq_update_budg_for_activation()).
1849          *
1850          * As for throughput, we ask bfq_better_to_idle() whether we
1851          * still need to plug I/O dispatching. If bfq_better_to_idle()
1852          * says no, then plugging is not needed any longer, either to
1853          * boost throughput or to perserve service guarantees. Then
1854          * the best option is to stop plugging I/O, as not doing so
1855          * would certainly lower throughput. We may end up in this
1856          * case if: (1) upon a dispatch attempt, we detected that it
1857          * was better to plug I/O dispatch, and to wait for a new
1858          * request to arrive for the currently in-service queue, but
1859          * (2) this switch of bfqq to busy changes the scenario.
1860          */
1861         if (bfqd->in_service_queue &&
1862             ((bfqq_wants_to_preempt &&
1863               bfqq->wr_coeff >= bfqd->in_service_queue->wr_coeff) ||
1864              bfq_bfqq_higher_class_or_weight(bfqq, bfqd->in_service_queue) ||
1865              !bfq_better_to_idle(bfqd->in_service_queue)) &&
1866             next_queue_may_preempt(bfqd))
1867                 bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqd->in_service_queue,
1868                                 false, BFQQE_PREEMPTED);
1869 }
1870
1871 static void bfq_reset_inject_limit(struct bfq_data *bfqd,
1872                                    struct bfq_queue *bfqq)
1873 {
1874         /* invalidate baseline total service time */
1875         bfqq->last_serv_time_ns = 0;
1876
1877         /*
1878          * Reset pointer in case we are waiting for
1879          * some request completion.
1880          */
1881         bfqd->waited_rq = NULL;
1882
1883         /*
1884          * If bfqq has a short think time, then start by setting the
1885          * inject limit to 0 prudentially, because the service time of
1886          * an injected I/O request may be higher than the think time
1887          * of bfqq, and therefore, if one request was injected when
1888          * bfqq remains empty, this injected request might delay the
1889          * service of the next I/O request for bfqq significantly. In
1890          * case bfqq can actually tolerate some injection, then the
1891          * adaptive update will however raise the limit soon. This
1892          * lucky circumstance holds exactly because bfqq has a short
1893          * think time, and thus, after remaining empty, is likely to
1894          * get new I/O enqueued---and then completed---before being
1895          * expired. This is the very pattern that gives the
1896          * limit-update algorithm the chance to measure the effect of
1897          * injection on request service times, and then to update the
1898          * limit accordingly.
1899          *
1900          * However, in the following special case, the inject limit is
1901          * left to 1 even if the think time is short: bfqq's I/O is
1902          * synchronized with that of some other queue, i.e., bfqq may
1903          * receive new I/O only after the I/O of the other queue is
1904          * completed. Keeping the inject limit to 1 allows the
1905          * blocking I/O to be served while bfqq is in service. And
1906          * this is very convenient both for bfqq and for overall
1907          * throughput, as explained in detail in the comments in
1908          * bfq_update_has_short_ttime().
1909          *
1910          * On the opposite end, if bfqq has a long think time, then
1911          * start directly by 1, because:
1912          * a) on the bright side, keeping at most one request in
1913          * service in the drive is unlikely to cause any harm to the
1914          * latency of bfqq's requests, as the service time of a single
1915          * request is likely to be lower than the think time of bfqq;
1916          * b) on the downside, after becoming empty, bfqq is likely to
1917          * expire before getting its next request. With this request
1918          * arrival pattern, it is very hard to sample total service
1919          * times and update the inject limit accordingly (see comments
1920          * on bfq_update_inject_limit()). So the limit is likely to be
1921          * never, or at least seldom, updated.  As a consequence, by
1922          * setting the limit to 1, we avoid that no injection ever
1923          * occurs with bfqq. On the downside, this proactive step
1924          * further reduces chances to actually compute the baseline
1925          * total service time. Thus it reduces chances to execute the
1926          * limit-update algorithm and possibly raise the limit to more
1927          * than 1.
1928          */
1929         if (bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq))
1930                 bfqq->inject_limit = 0;
1931         else
1932                 bfqq->inject_limit = 1;
1933
1934         bfqq->decrease_time_jif = jiffies;
1935 }
1936
1937 static void bfq_update_io_intensity(struct bfq_queue *bfqq, u64 now_ns)
1938 {
1939         u64 tot_io_time = now_ns - bfqq->io_start_time;
1940
1941         if (RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) && bfqq->dispatched == 0)
1942                 bfqq->tot_idle_time +=
1943                         now_ns - bfqq->ttime.last_end_request;
1944
1945         if (unlikely(bfq_bfqq_just_created(bfqq)))
1946                 return;
1947
1948         /*
1949          * Must be busy for at least about 80% of the time to be
1950          * considered I/O bound.
1951          */
1952         if (bfqq->tot_idle_time * 5 > tot_io_time)
1953                 bfq_clear_bfqq_IO_bound(bfqq);
1954         else
1955                 bfq_mark_bfqq_IO_bound(bfqq);
1956
1957         /*
1958          * Keep an observation window of at most 200 ms in the past
1959          * from now.
1960          */
1961         if (tot_io_time > 200 * NSEC_PER_MSEC) {
1962                 bfqq->io_start_time = now_ns - (tot_io_time>>1);
1963                 bfqq->tot_idle_time >>= 1;
1964         }
1965 }
1966
1967 /*
1968  * Detect whether bfqq's I/O seems synchronized with that of some
1969  * other queue, i.e., whether bfqq, after remaining empty, happens to
1970  * receive new I/O only right after some I/O request of the other
1971  * queue has been completed. We call waker queue the other queue, and
1972  * we assume, for simplicity, that bfqq may have at most one waker
1973  * queue.
1974  *
1975  * A remarkable throughput boost can be reached by unconditionally
1976  * injecting the I/O of the waker queue, every time a new
1977  * bfq_dispatch_request happens to be invoked while I/O is being
1978  * plugged for bfqq.  In addition to boosting throughput, this
1979  * unblocks bfqq's I/O, thereby improving bandwidth and latency for
1980  * bfqq. Note that these same results may be achieved with the general
1981  * injection mechanism, but less effectively. For details on this
1982  * aspect, see the comments on the choice of the queue for injection
1983  * in bfq_select_queue().
1984  *
1985  * Turning back to the detection of a waker queue, a queue Q is deemed
1986  * as a waker queue for bfqq if, for three consecutive times, bfqq
1987  * happens to become non empty right after a request of Q has been
1988  * completed. In this respect, even if bfqq is empty, we do not check
1989  * for a waker if it still has some in-flight I/O. In fact, in this
1990  * case bfqq is actually still being served by the drive, and may
1991  * receive new I/O on the completion of some of the in-flight
1992  * requests. In particular, on the first time, Q is tentatively set as
1993  * a candidate waker queue, while on the third consecutive time that Q
1994  * is detected, the field waker_bfqq is set to Q, to confirm that Q is
1995  * a waker queue for bfqq. These detection steps are performed only if
1996  * bfqq has a long think time, so as to make it more likely that
1997  * bfqq's I/O is actually being blocked by a synchronization. This
1998  * last filter, plus the above three-times requirement, make false
1999  * positives less likely.
2000  *
2001  * NOTE
2002  *
2003  * The sooner a waker queue is detected, the sooner throughput can be
2004  * boosted by injecting I/O from the waker queue. Fortunately,
2005  * detection is likely to be actually fast, for the following
2006  * reasons. While blocked by synchronization, bfqq has a long think
2007  * time. This implies that bfqq's inject limit is at least equal to 1
2008  * (see the comments in bfq_update_inject_limit()). So, thanks to
2009  * injection, the waker queue is likely to be served during the very
2010  * first I/O-plugging time interval for bfqq. This triggers the first
2011  * step of the detection mechanism. Thanks again to injection, the
2012  * candidate waker queue is then likely to be confirmed no later than
2013  * during the next I/O-plugging interval for bfqq.
2014  *
2015  * ISSUE
2016  *
2017  * On queue merging all waker information is lost.
2018  */
2019 static void bfq_check_waker(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
2020                             u64 now_ns)
2021 {
2022         if (!bfqd->last_completed_rq_bfqq ||
2023             bfqd->last_completed_rq_bfqq == bfqq ||
2024             bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq) ||
2025             bfqq->dispatched > 0 ||
2026             now_ns - bfqd->last_completion >= 4 * NSEC_PER_MSEC ||
2027             bfqd->last_completed_rq_bfqq == bfqq->waker_bfqq)
2028                 return;
2029
2030         if (bfqd->last_completed_rq_bfqq !=
2031             bfqq->tentative_waker_bfqq) {
2032                 /*
2033                  * First synchronization detected with a
2034                  * candidate waker queue, or with a different
2035                  * candidate waker queue from the current one.
2036                  */
2037                 bfqq->tentative_waker_bfqq =
2038                         bfqd->last_completed_rq_bfqq;
2039                 bfqq->num_waker_detections = 1;
2040         } else /* Same tentative waker queue detected again */
2041                 bfqq->num_waker_detections++;
2042
2043         if (bfqq->num_waker_detections == 3) {
2044                 bfqq->waker_bfqq = bfqd->last_completed_rq_bfqq;
2045                 bfqq->tentative_waker_bfqq = NULL;
2046
2047                 /*
2048                  * If the waker queue disappears, then
2049                  * bfqq->waker_bfqq must be reset. To
2050                  * this goal, we maintain in each
2051                  * waker queue a list, woken_list, of
2052                  * all the queues that reference the
2053                  * waker queue through their
2054                  * waker_bfqq pointer. When the waker
2055                  * queue exits, the waker_bfqq pointer
2056                  * of all the queues in the woken_list
2057                  * is reset.
2058                  *
2059                  * In addition, if bfqq is already in
2060                  * the woken_list of a waker queue,
2061                  * then, before being inserted into
2062                  * the woken_list of a new waker
2063                  * queue, bfqq must be removed from
2064                  * the woken_list of the old waker
2065                  * queue.
2066                  */
2067                 if (!hlist_unhashed(&bfqq->woken_list_node))
2068                         hlist_del_init(&bfqq->woken_list_node);
2069                 hlist_add_head(&bfqq->woken_list_node,
2070                                &bfqd->last_completed_rq_bfqq->woken_list);
2071         }
2072 }
2073
2074 static void bfq_add_request(struct request *rq)
2075 {
2076         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
2077         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
2078         struct request *next_rq, *prev;
2079         unsigned int old_wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
2080         bool interactive = false;
2081         u64 now_ns = ktime_get_ns();
2082
2083         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "add_request %d", rq_is_sync(rq));
2084         bfqq->queued[rq_is_sync(rq)]++;
2085         bfqd->queued++;
2086
2087         if (RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) && bfq_bfqq_sync(bfqq)) {
2088                 bfq_check_waker(bfqd, bfqq, now_ns);
2089
2090                 /*
2091                  * Periodically reset inject limit, to make sure that
2092                  * the latter eventually drops in case workload
2093                  * changes, see step (3) in the comments on
2094                  * bfq_update_inject_limit().
2095                  */
2096                 if (time_is_before_eq_jiffies(bfqq->decrease_time_jif +
2097                                              msecs_to_jiffies(1000)))
2098                         bfq_reset_inject_limit(bfqd, bfqq);
2099
2100                 /*
2101                  * The following conditions must hold to setup a new
2102                  * sampling of total service time, and then a new
2103                  * update of the inject limit:
2104                  * - bfqq is in service, because the total service
2105                  *   time is evaluated only for the I/O requests of
2106                  *   the queues in service;
2107                  * - this is the right occasion to compute or to
2108                  *   lower the baseline total service time, because
2109                  *   there are actually no requests in the drive,
2110                  *   or
2111                  *   the baseline total service time is available, and
2112                  *   this is the right occasion to compute the other
2113                  *   quantity needed to update the inject limit, i.e.,
2114                  *   the total service time caused by the amount of
2115                  *   injection allowed by the current value of the
2116                  *   limit. It is the right occasion because injection
2117                  *   has actually been performed during the service
2118                  *   hole, and there are still in-flight requests,
2119                  *   which are very likely to be exactly the injected
2120                  *   requests, or part of them;
2121                  * - the minimum interval for sampling the total
2122                  *   service time and updating the inject limit has
2123                  *   elapsed.
2124                  */
2125                 if (bfqq == bfqd->in_service_queue &&
2126                     (bfqd->rq_in_driver == 0 ||
2127                      (bfqq->last_serv_time_ns > 0 &&
2128                       bfqd->rqs_injected && bfqd->rq_in_driver > 0)) &&
2129                     time_is_before_eq_jiffies(bfqq->decrease_time_jif +
2130                                               msecs_to_jiffies(10))) {
2131                         bfqd->last_empty_occupied_ns = ktime_get_ns();
2132                         /*
2133                          * Start the state machine for measuring the
2134                          * total service time of rq: setting
2135                          * wait_dispatch will cause bfqd->waited_rq to
2136                          * be set when rq will be dispatched.
2137                          */
2138                         bfqd->wait_dispatch = true;
2139                         /*
2140                          * If there is no I/O in service in the drive,
2141                          * then possible injection occurred before the
2142                          * arrival of rq will not affect the total
2143                          * service time of rq. So the injection limit
2144                          * must not be updated as a function of such
2145                          * total service time, unless new injection
2146                          * occurs before rq is completed. To have the
2147                          * injection limit updated only in the latter
2148                          * case, reset rqs_injected here (rqs_injected
2149                          * will be set in case injection is performed
2150                          * on bfqq before rq is completed).
2151                          */
2152                         if (bfqd->rq_in_driver == 0)
2153                                 bfqd->rqs_injected = false;
2154                 }
2155         }
2156
2157         if (bfq_bfqq_sync(bfqq))
2158                 bfq_update_io_intensity(bfqq, now_ns);
2159
2160         elv_rb_add(&bfqq->sort_list, rq);
2161
2162         /*
2163          * Check if this request is a better next-serve candidate.
2164          */
2165         prev = bfqq->next_rq;
2166         next_rq = bfq_choose_req(bfqd, bfqq->next_rq, rq, bfqd->last_position);
2167         bfqq->next_rq = next_rq;
2168
2169         /*
2170          * Adjust priority tree position, if next_rq changes.
2171          * See comments on bfq_pos_tree_add_move() for the unlikely().
2172          */
2173         if (unlikely(!bfqd->nonrot_with_queueing && prev != bfqq->next_rq))
2174                 bfq_pos_tree_add_move(bfqd, bfqq);
2175
2176         if (!bfq_bfqq_busy(bfqq)) /* switching to busy ... */
2177                 bfq_bfqq_handle_idle_busy_switch(bfqd, bfqq, old_wr_coeff,
2178                                                  rq, &interactive);
2179         else {
2180                 if (bfqd->low_latency && old_wr_coeff == 1 && !rq_is_sync(rq) &&
2181                     time_is_before_jiffies(
2182                                 bfqq->last_wr_start_finish +
2183                                 bfqd->bfq_wr_min_inter_arr_async)) {
2184                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
2185                         bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
2186
2187                         bfqd->wr_busy_queues++;
2188                         bfqq->entity.prio_changed = 1;
2189                 }
2190                 if (prev != bfqq->next_rq)
2191                         bfq_updated_next_req(bfqd, bfqq);
2192         }
2193
2194         /*
2195          * Assign jiffies to last_wr_start_finish in the following
2196          * cases:
2197          *
2198          * . if bfqq is not going to be weight-raised, because, for
2199          *   non weight-raised queues, last_wr_start_finish stores the
2200          *   arrival time of the last request; as of now, this piece
2201          *   of information is used only for deciding whether to
2202          *   weight-raise async queues
2203          *
2204          * . if bfqq is not weight-raised, because, if bfqq is now
2205          *   switching to weight-raised, then last_wr_start_finish
2206          *   stores the time when weight-raising starts
2207          *
2208          * . if bfqq is interactive, because, regardless of whether
2209          *   bfqq is currently weight-raised, the weight-raising
2210          *   period must start or restart (this case is considered
2211          *   separately because it is not detected by the above
2212          *   conditions, if bfqq is already weight-raised)
2213          *
2214          * last_wr_start_finish has to be updated also if bfqq is soft
2215          * real-time, because the weight-raising period is constantly
2216          * restarted on idle-to-busy transitions for these queues, but
2217          * this is already done in bfq_bfqq_handle_idle_busy_switch if
2218          * needed.
2219          */
2220         if (bfqd->low_latency &&
2221                 (old_wr_coeff == 1 || bfqq->wr_coeff == 1 || interactive))
2222                 bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
2223 }
2224
2225 static struct request *bfq_find_rq_fmerge(struct bfq_data *bfqd,
2226                                           struct bio *bio,
2227                                           struct request_queue *q)
2228 {
2229         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->bio_bfqq;
2230
2231
2232         if (bfqq)
2233                 return elv_rb_find(&bfqq->sort_list, bio_end_sector(bio));
2234
2235         return NULL;
2236 }
2237
2238 static sector_t get_sdist(sector_t last_pos, struct request *rq)
2239 {
2240         if (last_pos)
2241                 return abs(blk_rq_pos(rq) - last_pos);
2242
2243         return 0;
2244 }
2245
2246 #if 0 /* Still not clear if we can do without next two functions */
2247 static void bfq_activate_request(struct request_queue *q, struct request *rq)
2248 {
2249         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
2250
2251         bfqd->rq_in_driver++;
2252 }
2253
2254 static void bfq_deactivate_request(struct request_queue *q, struct request *rq)
2255 {
2256         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
2257
2258         bfqd->rq_in_driver--;
2259 }
2260 #endif
2261
2262 static void bfq_remove_request(struct request_queue *q,
2263                                struct request *rq)
2264 {
2265         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
2266         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
2267         const int sync = rq_is_sync(rq);
2268
2269         if (bfqq->next_rq == rq) {
2270                 bfqq->next_rq = bfq_find_next_rq(bfqd, bfqq, rq);
2271                 bfq_updated_next_req(bfqd, bfqq);
2272         }
2273
2274         if (rq->queuelist.prev != &rq->queuelist)
2275                 list_del_init(&rq->queuelist);
2276         bfqq->queued[sync]--;
2277         bfqd->queued--;
2278         elv_rb_del(&bfqq->sort_list, rq);
2279
2280         elv_rqhash_del(q, rq);
2281         if (q->last_merge == rq)
2282                 q->last_merge = NULL;
2283
2284         if (RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list)) {
2285                 bfqq->next_rq = NULL;
2286
2287                 if (bfq_bfqq_busy(bfqq) && bfqq != bfqd->in_service_queue) {
2288                         bfq_del_bfqq_busy(bfqd, bfqq, false);
2289                         /*
2290                          * bfqq emptied. In normal operation, when
2291                          * bfqq is empty, bfqq->entity.service and
2292                          * bfqq->entity.budget must contain,
2293                          * respectively, the service received and the
2294                          * budget used last time bfqq emptied. These
2295                          * facts do not hold in this case, as at least
2296                          * this last removal occurred while bfqq is
2297                          * not in service. To avoid inconsistencies,
2298                          * reset both bfqq->entity.service and
2299                          * bfqq->entity.budget, if bfqq has still a
2300                          * process that may issue I/O requests to it.
2301                          */
2302                         bfqq->entity.budget = bfqq->entity.service = 0;
2303                 }
2304
2305                 /*
2306                  * Remove queue from request-position tree as it is empty.
2307                  */
2308                 if (bfqq->pos_root) {
2309                         rb_erase(&bfqq->pos_node, bfqq->pos_root);
2310                         bfqq->pos_root = NULL;
2311                 }
2312         } else {
2313                 /* see comments on bfq_pos_tree_add_move() for the unlikely() */
2314                 if (unlikely(!bfqd->nonrot_with_queueing))
2315                         bfq_pos_tree_add_move(bfqd, bfqq);
2316         }
2317
2318         if (rq->cmd_flags & REQ_META)
2319                 bfqq->meta_pending--;
2320
2321 }
2322
2323 static bool bfq_bio_merge(struct request_queue *q, struct bio *bio,
2324                 unsigned int nr_segs)
2325 {
2326         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
2327         struct request *free = NULL;
2328         /*
2329          * bfq_bic_lookup grabs the queue_lock: invoke it now and
2330          * store its return value for later use, to avoid nesting
2331          * queue_lock inside the bfqd->lock. We assume that the bic
2332          * returned by bfq_bic_lookup does not go away before
2333          * bfqd->lock is taken.
2334          */
2335         struct bfq_io_cq *bic = bfq_bic_lookup(bfqd, current->io_context, q);
2336         bool ret;
2337
2338         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
2339
2340         if (bic)
2341                 bfqd->bio_bfqq = bic_to_bfqq(bic, op_is_sync(bio->bi_opf));
2342         else
2343                 bfqd->bio_bfqq = NULL;
2344         bfqd->bio_bic = bic;
2345
2346         ret = blk_mq_sched_try_merge(q, bio, nr_segs, &free);
2347
2348         if (free)
2349                 blk_mq_free_request(free);
2350         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
2351
2352         return ret;
2353 }
2354
2355 static int bfq_request_merge(struct request_queue *q, struct request **req,
2356                              struct bio *bio)
2357 {
2358         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
2359         struct request *__rq;
2360
2361         __rq = bfq_find_rq_fmerge(bfqd, bio, q);
2362         if (__rq && elv_bio_merge_ok(__rq, bio)) {
2363                 *req = __rq;
2364                 return ELEVATOR_FRONT_MERGE;
2365         }
2366
2367         return ELEVATOR_NO_MERGE;
2368 }
2369
2370 static struct bfq_queue *bfq_init_rq(struct request *rq);
2371
2372 static void bfq_request_merged(struct request_queue *q, struct request *req,
2373                                enum elv_merge type)
2374 {
2375         if (type == ELEVATOR_FRONT_MERGE &&
2376             rb_prev(&req->rb_node) &&
2377             blk_rq_pos(req) <
2378             blk_rq_pos(container_of(rb_prev(&req->rb_node),
2379                                     struct request, rb_node))) {
2380                 struct bfq_queue *bfqq = bfq_init_rq(req);
2381                 struct bfq_data *bfqd;
2382                 struct request *prev, *next_rq;
2383
2384                 if (!bfqq)
2385                         return;
2386
2387                 bfqd = bfqq->bfqd;
2388
2389                 /* Reposition request in its sort_list */
2390                 elv_rb_del(&bfqq->sort_list, req);
2391                 elv_rb_add(&bfqq->sort_list, req);
2392
2393                 /* Choose next request to be served for bfqq */
2394                 prev = bfqq->next_rq;
2395                 next_rq = bfq_choose_req(bfqd, bfqq->next_rq, req,
2396                                          bfqd->last_position);
2397                 bfqq->next_rq = next_rq;
2398                 /*
2399                  * If next_rq changes, update both the queue's budget to
2400                  * fit the new request and the queue's position in its
2401                  * rq_pos_tree.
2402                  */
2403                 if (prev != bfqq->next_rq) {
2404                         bfq_updated_next_req(bfqd, bfqq);
2405                         /*
2406                          * See comments on bfq_pos_tree_add_move() for
2407                          * the unlikely().
2408                          */
2409                         if (unlikely(!bfqd->nonrot_with_queueing))
2410                                 bfq_pos_tree_add_move(bfqd, bfqq);
2411                 }
2412         }
2413 }
2414
2415 /*
2416  * This function is called to notify the scheduler that the requests
2417  * rq and 'next' have been merged, with 'next' going away.  BFQ
2418  * exploits this hook to address the following issue: if 'next' has a
2419  * fifo_time lower that rq, then the fifo_time of rq must be set to
2420  * the value of 'next', to not forget the greater age of 'next'.
2421  *
2422  * NOTE: in this function we assume that rq is in a bfq_queue, basing
2423  * on that rq is picked from the hash table q->elevator->hash, which,
2424  * in its turn, is filled only with I/O requests present in
2425  * bfq_queues, while BFQ is in use for the request queue q. In fact,
2426  * the function that fills this hash table (elv_rqhash_add) is called
2427  * only by bfq_insert_request.
2428  */
2429 static void bfq_requests_merged(struct request_queue *q, struct request *rq,
2430                                 struct request *next)
2431 {
2432         struct bfq_queue *bfqq = bfq_init_rq(rq),
2433                 *next_bfqq = bfq_init_rq(next);
2434
2435         if (!bfqq)
2436                 return;
2437
2438         /*
2439          * If next and rq belong to the same bfq_queue and next is older
2440          * than rq, then reposition rq in the fifo (by substituting next
2441          * with rq). Otherwise, if next and rq belong to different
2442          * bfq_queues, never reposition rq: in fact, we would have to
2443          * reposition it with respect to next's position in its own fifo,
2444          * which would most certainly be too expensive with respect to
2445          * the benefits.
2446          */
2447         if (bfqq == next_bfqq &&
2448             !list_empty(&rq->queuelist) && !list_empty(&next->queuelist) &&
2449             next->fifo_time < rq->fifo_time) {
2450                 list_del_init(&rq->queuelist);
2451                 list_replace_init(&next->queuelist, &rq->queuelist);
2452                 rq->fifo_time = next->fifo_time;
2453         }
2454
2455         if (bfqq->next_rq == next)
2456                 bfqq->next_rq = rq;
2457
2458         bfqg_stats_update_io_merged(bfqq_group(bfqq), next->cmd_flags);
2459 }
2460
2461 /* Must be called with bfqq != NULL */
2462 static void bfq_bfqq_end_wr(struct bfq_queue *bfqq)
2463 {
2464         /*
2465          * If bfqq has been enjoying interactive weight-raising, then
2466          * reset soft_rt_next_start. We do it for the following
2467          * reason. bfqq may have been conveying the I/O needed to load
2468          * a soft real-time application. Such an application actually
2469          * exhibits a soft real-time I/O pattern after it finishes
2470          * loading, and finally starts doing its job. But, if bfqq has
2471          * been receiving a lot of bandwidth so far (likely to happen
2472          * on a fast device), then soft_rt_next_start now contains a
2473          * high value that. So, without this reset, bfqq would be
2474          * prevented from being possibly considered as soft_rt for a
2475          * very long time.
2476          */
2477
2478         if (bfqq->wr_cur_max_time !=
2479             bfqq->bfqd->bfq_wr_rt_max_time)
2480                 bfqq->soft_rt_next_start = jiffies;
2481
2482         if (bfq_bfqq_busy(bfqq))
2483                 bfqq->bfqd->wr_busy_queues--;
2484         bfqq->wr_coeff = 1;
2485         bfqq->wr_cur_max_time = 0;
2486         bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
2487         /*
2488          * Trigger a weight change on the next invocation of
2489          * __bfq_entity_update_weight_prio.
2490          */
2491         bfqq->entity.prio_changed = 1;
2492 }
2493
2494 void bfq_end_wr_async_queues(struct bfq_data *bfqd,
2495                              struct bfq_group *bfqg)
2496 {
2497         int i, j;
2498
2499         for (i = 0; i < 2; i++)
2500                 for (j = 0; j < IOPRIO_BE_NR; j++)
2501                         if (bfqg->async_bfqq[i][j])
2502                                 bfq_bfqq_end_wr(bfqg->async_bfqq[i][j]);
2503         if (bfqg->async_idle_bfqq)
2504                 bfq_bfqq_end_wr(bfqg->async_idle_bfqq);
2505 }
2506
2507 static void bfq_end_wr(struct bfq_data *bfqd)
2508 {
2509         struct bfq_queue *bfqq;
2510
2511         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
2512
2513         list_for_each_entry(bfqq, &bfqd->active_list, bfqq_list)
2514                 bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
2515         list_for_each_entry(bfqq, &bfqd->idle_list, bfqq_list)
2516                 bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
2517         bfq_end_wr_async(bfqd);
2518
2519         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
2520 }
2521
2522 static sector_t bfq_io_struct_pos(void *io_struct, bool request)
2523 {
2524         if (request)
2525                 return blk_rq_pos(io_struct);
2526         else
2527                 return ((struct bio *)io_struct)->bi_iter.bi_sector;
2528 }
2529
2530 static int bfq_rq_close_to_sector(void *io_struct, bool request,
2531                                   sector_t sector)
2532 {
2533         return abs(bfq_io_struct_pos(io_struct, request) - sector) <=
2534                BFQQ_CLOSE_THR;
2535 }
2536
2537 static struct bfq_queue *bfqq_find_close(struct bfq_data *bfqd,
2538                                          struct bfq_queue *bfqq,
2539                                          sector_t sector)
2540 {
2541         struct rb_root *root = &bfq_bfqq_to_bfqg(bfqq)->rq_pos_tree;
2542         struct rb_node *parent, *node;
2543         struct bfq_queue *__bfqq;
2544
2545         if (RB_EMPTY_ROOT(root))
2546                 return NULL;
2547
2548         /*
2549          * First, if we find a request starting at the end of the last
2550          * request, choose it.
2551          */
2552         __bfqq = bfq_rq_pos_tree_lookup(bfqd, root, sector, &parent, NULL);
2553         if (__bfqq)
2554                 return __bfqq;
2555
2556         /*
2557          * If the exact sector wasn't found, the parent of the NULL leaf
2558          * will contain the closest sector (rq_pos_tree sorted by
2559          * next_request position).
2560          */
2561         __bfqq = rb_entry(parent, struct bfq_queue, pos_node);
2562         if (bfq_rq_close_to_sector(__bfqq->next_rq, true, sector))
2563                 return __bfqq;
2564
2565         if (blk_rq_pos(__bfqq->next_rq) < sector)
2566                 node = rb_next(&__bfqq->pos_node);
2567         else
2568                 node = rb_prev(&__bfqq->pos_node);
2569         if (!node)
2570                 return NULL;
2571
2572         __bfqq = rb_entry(node, struct bfq_queue, pos_node);
2573         if (bfq_rq_close_to_sector(__bfqq->next_rq, true, sector))
2574                 return __bfqq;
2575
2576         return NULL;
2577 }
2578
2579 static struct bfq_queue *bfq_find_close_cooperator(struct bfq_data *bfqd,
2580                                                    struct bfq_queue *cur_bfqq,
2581                                                    sector_t sector)
2582 {
2583         struct bfq_queue *bfqq;
2584
2585         /*
2586          * We shall notice if some of the queues are cooperating,
2587          * e.g., working closely on the same area of the device. In
2588          * that case, we can group them together and: 1) don't waste
2589          * time idling, and 2) serve the union of their requests in
2590          * the best possible order for throughput.
2591          */
2592         bfqq = bfqq_find_close(bfqd, cur_bfqq, sector);
2593         if (!bfqq || bfqq == cur_bfqq)
2594                 return NULL;
2595
2596         return bfqq;
2597 }
2598
2599 static struct bfq_queue *
2600 bfq_setup_merge(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_queue *new_bfqq)
2601 {
2602         int process_refs, new_process_refs;
2603         struct bfq_queue *__bfqq;
2604
2605         /*
2606          * If there are no process references on the new_bfqq, then it is
2607          * unsafe to follow the ->new_bfqq chain as other bfqq's in the chain
2608          * may have dropped their last reference (not just their last process
2609          * reference).
2610          */
2611         if (!bfqq_process_refs(new_bfqq))
2612                 return NULL;
2613
2614         /* Avoid a circular list and skip interim queue merges. */
2615         while ((__bfqq = new_bfqq->new_bfqq)) {
2616                 if (__bfqq == bfqq)
2617                         return NULL;
2618                 new_bfqq = __bfqq;
2619         }
2620
2621         process_refs = bfqq_process_refs(bfqq);
2622         new_process_refs = bfqq_process_refs(new_bfqq);
2623         /*
2624          * If the process for the bfqq has gone away, there is no
2625          * sense in merging the queues.
2626          */
2627         if (process_refs == 0 || new_process_refs == 0)
2628                 return NULL;
2629
2630         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "scheduling merge with queue %d",
2631                 new_bfqq->pid);
2632
2633         /*
2634          * Merging is just a redirection: the requests of the process
2635          * owning one of the two queues are redirected to the other queue.
2636          * The latter queue, in its turn, is set as shared if this is the
2637          * first time that the requests of some process are redirected to
2638          * it.
2639          *
2640          * We redirect bfqq to new_bfqq and not the opposite, because
2641          * we are in the context of the process owning bfqq, thus we
2642          * have the io_cq of this process. So we can immediately
2643          * configure this io_cq to redirect the requests of the
2644          * process to new_bfqq. In contrast, the io_cq of new_bfqq is
2645          * not available any more (new_bfqq->bic == NULL).
2646          *
2647          * Anyway, even in case new_bfqq coincides with the in-service
2648          * queue, redirecting requests the in-service queue is the
2649          * best option, as we feed the in-service queue with new
2650          * requests close to the last request served and, by doing so,
2651          * are likely to increase the throughput.
2652          */
2653         bfqq->new_bfqq = new_bfqq;
2654         new_bfqq->ref += process_refs;
2655         return new_bfqq;
2656 }
2657
2658 static bool bfq_may_be_close_cooperator(struct bfq_queue *bfqq,
2659                                         struct bfq_queue *new_bfqq)
2660 {
2661         if (bfq_too_late_for_merging(new_bfqq))
2662                 return false;
2663
2664         if (bfq_class_idle(bfqq) || bfq_class_idle(new_bfqq) ||
2665             (bfqq->ioprio_class != new_bfqq->ioprio_class))
2666                 return false;
2667
2668         /*
2669          * If either of the queues has already been detected as seeky,
2670          * then merging it with the other queue is unlikely to lead to
2671          * sequential I/O.
2672          */
2673         if (BFQQ_SEEKY(bfqq) || BFQQ_SEEKY(new_bfqq))
2674                 return false;
2675
2676         /*
2677          * Interleaved I/O is known to be done by (some) applications
2678          * only for reads, so it does not make sense to merge async
2679          * queues.
2680          */
2681         if (!bfq_bfqq_sync(bfqq) || !bfq_bfqq_sync(new_bfqq))
2682                 return false;
2683
2684         return true;
2685 }
2686
2687 static bool idling_boosts_thr_without_issues(struct bfq_data *bfqd,
2688                                              struct bfq_queue *bfqq);
2689
2690 /*
2691  * Attempt to schedule a merge of bfqq with the currently in-service
2692  * queue or with a close queue among the scheduled queues.  Return
2693  * NULL if no merge was scheduled, a pointer to the shared bfq_queue
2694  * structure otherwise.
2695  *
2696  * The OOM queue is not allowed to participate to cooperation: in fact, since
2697  * the requests temporarily redirected to the OOM queue could be redirected
2698  * again to dedicated queues at any time, the state needed to correctly
2699  * handle merging with the OOM queue would be quite complex and expensive
2700  * to maintain. Besides, in such a critical condition as an out of memory,
2701  * the benefits of queue merging may be little relevant, or even negligible.
2702  *
2703  * WARNING: queue merging may impair fairness among non-weight raised
2704  * queues, for at least two reasons: 1) the original weight of a
2705  * merged queue may change during the merged state, 2) even being the
2706  * weight the same, a merged queue may be bloated with many more
2707  * requests than the ones produced by its originally-associated
2708  * process.
2709  */
2710 static struct bfq_queue *
2711 bfq_setup_cooperator(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
2712                      void *io_struct, bool request, struct bfq_io_cq *bic)
2713 {
2714         struct bfq_queue *in_service_bfqq, *new_bfqq;
2715
2716         /*
2717          * Check delayed stable merge for rotational or non-queueing
2718          * devs. For this branch to be executed, bfqq must not be
2719          * currently merged with some other queue (i.e., bfqq->bic
2720          * must be non null). If we considered also merged queues,
2721          * then we should also check whether bfqq has already been
2722          * merged with bic->stable_merge_bfqq. But this would be
2723          * costly and complicated.
2724          */
2725         if (unlikely(!bfqd->nonrot_with_queueing)) {
2726                 /*
2727                  * Make sure also that bfqq is sync, because
2728                  * bic->stable_merge_bfqq may point to some queue (for
2729                  * stable merging) also if bic is associated with a
2730                  * sync queue, but this bfqq is async
2731                  */
2732                 if (bfq_bfqq_sync(bfqq) && bic->stable_merge_bfqq &&
2733                     !bfq_bfqq_just_created(bfqq) &&
2734                     time_is_before_jiffies(bfqq->split_time +
2735                                           msecs_to_jiffies(bfq_late_stable_merging)) &&
2736                     time_is_before_jiffies(bfqq->creation_time +
2737                                            msecs_to_jiffies(bfq_late_stable_merging))) {
2738                         struct bfq_queue *stable_merge_bfqq =
2739                                 bic->stable_merge_bfqq;
2740                         int proc_ref = min(bfqq_process_refs(bfqq),
2741                                            bfqq_process_refs(stable_merge_bfqq));
2742
2743                         /* deschedule stable merge, because done or aborted here */
2744                         bfq_put_stable_ref(stable_merge_bfqq);
2745
2746                         bic->stable_merge_bfqq = NULL;
2747
2748                         if (!idling_boosts_thr_without_issues(bfqd, bfqq) &&
2749                             proc_ref > 0) {
2750                                 /* next function will take at least one ref */
2751                                 struct bfq_queue *new_bfqq =
2752                                         bfq_setup_merge(bfqq, stable_merge_bfqq);
2753
2754                                 bic->stably_merged = true;
2755                                 if (new_bfqq && new_bfqq->bic)
2756                                         new_bfqq->bic->stably_merged = true;
2757                                 return new_bfqq;
2758                         } else
2759                                 return NULL;
2760                 }
2761         }
2762
2763         /*
2764          * Do not perform queue merging if the device is non
2765          * rotational and performs internal queueing. In fact, such a
2766          * device reaches a high speed through internal parallelism
2767          * and pipelining. This means that, to reach a high
2768          * throughput, it must have many requests enqueued at the same
2769          * time. But, in this configuration, the internal scheduling
2770          * algorithm of the device does exactly the job of queue
2771          * merging: it reorders requests so as to obtain as much as
2772          * possible a sequential I/O pattern. As a consequence, with
2773          * the workload generated by processes doing interleaved I/O,
2774          * the throughput reached by the device is likely to be the
2775          * same, with and without queue merging.
2776          *
2777          * Disabling merging also provides a remarkable benefit in
2778          * terms of throughput. Merging tends to make many workloads
2779          * artificially more uneven, because of shared queues
2780          * remaining non empty for incomparably more time than
2781          * non-merged queues. This may accentuate workload
2782          * asymmetries. For example, if one of the queues in a set of
2783          * merged queues has a higher weight than a normal queue, then
2784          * the shared queue may inherit such a high weight and, by
2785          * staying almost always active, may force BFQ to perform I/O
2786          * plugging most of the time. This evidently makes it harder
2787          * for BFQ to let the device reach a high throughput.
2788          *
2789          * Finally, the likely() macro below is not used because one
2790          * of the two branches is more likely than the other, but to
2791          * have the code path after the following if() executed as
2792          * fast as possible for the case of a non rotational device
2793          * with queueing. We want it because this is the fastest kind
2794          * of device. On the opposite end, the likely() may lengthen
2795          * the execution time of BFQ for the case of slower devices
2796          * (rotational or at least without queueing). But in this case
2797          * the execution time of BFQ matters very little, if not at
2798          * all.
2799          */
2800         if (likely(bfqd->nonrot_with_queueing))
2801                 return NULL;
2802
2803         /*
2804          * Prevent bfqq from being merged if it has been created too
2805          * long ago. The idea is that true cooperating processes, and
2806          * thus their associated bfq_queues, are supposed to be
2807          * created shortly after each other. This is the case, e.g.,
2808          * for KVM/QEMU and dump I/O threads. Basing on this
2809          * assumption, the following filtering greatly reduces the
2810          * probability that two non-cooperating processes, which just
2811          * happen to do close I/O for some short time interval, have
2812          * their queues merged by mistake.
2813          */
2814         if (bfq_too_late_for_merging(bfqq))
2815                 return NULL;
2816
2817         if (bfqq->new_bfqq)
2818                 return bfqq->new_bfqq;
2819
2820         if (!io_struct || unlikely(bfqq == &bfqd->oom_bfqq))
2821                 return NULL;
2822
2823         /* If there is only one backlogged queue, don't search. */
2824         if (bfq_tot_busy_queues(bfqd) == 1)
2825                 return NULL;
2826
2827         in_service_bfqq = bfqd->in_service_queue;
2828
2829         if (in_service_bfqq && in_service_bfqq != bfqq &&
2830             likely(in_service_bfqq != &bfqd->oom_bfqq) &&
2831             bfq_rq_close_to_sector(io_struct, request,
2832                                    bfqd->in_serv_last_pos) &&
2833             bfqq->entity.parent == in_service_bfqq->entity.parent &&
2834             bfq_may_be_close_cooperator(bfqq, in_service_bfqq)) {
2835                 new_bfqq = bfq_setup_merge(bfqq, in_service_bfqq);
2836                 if (new_bfqq)
2837                         return new_bfqq;
2838         }
2839         /*
2840          * Check whether there is a cooperator among currently scheduled
2841          * queues. The only thing we need is that the bio/request is not
2842          * NULL, as we need it to establish whether a cooperator exists.
2843          */
2844         new_bfqq = bfq_find_close_cooperator(bfqd, bfqq,
2845                         bfq_io_struct_pos(io_struct, request));
2846
2847         if (new_bfqq && likely(new_bfqq != &bfqd->oom_bfqq) &&
2848             bfq_may_be_close_cooperator(bfqq, new_bfqq))
2849                 return bfq_setup_merge(bfqq, new_bfqq);
2850
2851         return NULL;
2852 }
2853
2854 static void bfq_bfqq_save_state(struct bfq_queue *bfqq)
2855 {
2856         struct bfq_io_cq *bic = bfqq->bic;
2857
2858         /*
2859          * If !bfqq->bic, the queue is already shared or its requests
2860          * have already been redirected to a shared queue; both idle window
2861          * and weight raising state have already been saved. Do nothing.
2862          */
2863         if (!bic)
2864                 return;
2865
2866         bic->saved_last_serv_time_ns = bfqq->last_serv_time_ns;
2867         bic->saved_inject_limit = bfqq->inject_limit;
2868         bic->saved_decrease_time_jif = bfqq->decrease_time_jif;
2869
2870         bic->saved_weight = bfqq->entity.orig_weight;
2871         bic->saved_ttime = bfqq->ttime;
2872         bic->saved_has_short_ttime = bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
2873         bic->saved_IO_bound = bfq_bfqq_IO_bound(bfqq);
2874         bic->saved_io_start_time = bfqq->io_start_time;
2875         bic->saved_tot_idle_time = bfqq->tot_idle_time;
2876         bic->saved_in_large_burst = bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq);
2877         bic->was_in_burst_list = !hlist_unhashed(&bfqq->burst_list_node);
2878         if (unlikely(bfq_bfqq_just_created(bfqq) &&
2879                      !bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq) &&
2880                      bfqq->bfqd->low_latency)) {
2881                 /*
2882                  * bfqq being merged right after being created: bfqq
2883                  * would have deserved interactive weight raising, but
2884                  * did not make it to be set in a weight-raised state,
2885                  * because of this early merge. Store directly the
2886                  * weight-raising state that would have been assigned
2887                  * to bfqq, so that to avoid that bfqq unjustly fails
2888                  * to enjoy weight raising if split soon.
2889                  */
2890                 bic->saved_wr_coeff = bfqq->bfqd->bfq_wr_coeff;
2891                 bic->saved_wr_start_at_switch_to_srt = bfq_smallest_from_now();
2892                 bic->saved_wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqq->bfqd);
2893                 bic->saved_last_wr_start_finish = jiffies;
2894         } else {
2895                 bic->saved_wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
2896                 bic->saved_wr_start_at_switch_to_srt =
2897                         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt;
2898                 bic->saved_service_from_wr = bfqq->service_from_wr;
2899                 bic->saved_last_wr_start_finish = bfqq->last_wr_start_finish;
2900                 bic->saved_wr_cur_max_time = bfqq->wr_cur_max_time;
2901         }
2902 }
2903
2904
2905 static void
2906 bfq_reassign_last_bfqq(struct bfq_queue *cur_bfqq, struct bfq_queue *new_bfqq)
2907 {
2908         if (cur_bfqq->entity.parent &&
2909             cur_bfqq->entity.parent->last_bfqq_created == cur_bfqq)
2910                 cur_bfqq->entity.parent->last_bfqq_created = new_bfqq;
2911         else if (cur_bfqq->bfqd && cur_bfqq->bfqd->last_bfqq_created == cur_bfqq)
2912                 cur_bfqq->bfqd->last_bfqq_created = new_bfqq;
2913 }
2914
2915 void bfq_release_process_ref(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
2916 {
2917         /*
2918          * To prevent bfqq's service guarantees from being violated,
2919          * bfqq may be left busy, i.e., queued for service, even if
2920          * empty (see comments in __bfq_bfqq_expire() for
2921          * details). But, if no process will send requests to bfqq any
2922          * longer, then there is no point in keeping bfqq queued for
2923          * service. In addition, keeping bfqq queued for service, but
2924          * with no process ref any longer, may have caused bfqq to be
2925          * freed when dequeued from service. But this is assumed to
2926          * never happen.
2927          */
2928         if (bfq_bfqq_busy(bfqq) && RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) &&
2929             bfqq != bfqd->in_service_queue)
2930                 bfq_del_bfqq_busy(bfqd, bfqq, false);
2931
2932         bfq_reassign_last_bfqq(bfqq, NULL);
2933
2934         bfq_put_queue(bfqq);
2935 }
2936
2937 static void
2938 bfq_merge_bfqqs(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_io_cq *bic,
2939                 struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_queue *new_bfqq)
2940 {
2941         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "merging with queue %lu",
2942                 (unsigned long)new_bfqq->pid);
2943         /* Save weight raising and idle window of the merged queues */
2944         bfq_bfqq_save_state(bfqq);
2945         bfq_bfqq_save_state(new_bfqq);
2946         if (bfq_bfqq_IO_bound(bfqq))
2947                 bfq_mark_bfqq_IO_bound(new_bfqq);
2948         bfq_clear_bfqq_IO_bound(bfqq);
2949
2950         /*
2951          * The processes associated with bfqq are cooperators of the
2952          * processes associated with new_bfqq. So, if bfqq has a
2953          * waker, then assume that all these processes will be happy
2954          * to let bfqq's waker freely inject I/O when they have no
2955          * I/O.
2956          */
2957         if (bfqq->waker_bfqq && !new_bfqq->waker_bfqq &&
2958             bfqq->waker_bfqq != new_bfqq) {
2959                 new_bfqq->waker_bfqq = bfqq->waker_bfqq;
2960                 new_bfqq->tentative_waker_bfqq = NULL;
2961
2962                 /*
2963                  * If the waker queue disappears, then
2964                  * new_bfqq->waker_bfqq must be reset. So insert
2965                  * new_bfqq into the woken_list of the waker. See
2966                  * bfq_check_waker for details.
2967                  */
2968                 hlist_add_head(&new_bfqq->woken_list_node,
2969                                &new_bfqq->waker_bfqq->woken_list);
2970
2971         }
2972
2973         /*
2974          * If bfqq is weight-raised, then let new_bfqq inherit
2975          * weight-raising. To reduce false positives, neglect the case
2976          * where bfqq has just been created, but has not yet made it
2977          * to be weight-raised (which may happen because EQM may merge
2978          * bfqq even before bfq_add_request is executed for the first
2979          * time for bfqq). Handling this case would however be very
2980          * easy, thanks to the flag just_created.
2981          */
2982         if (new_bfqq->wr_coeff == 1 && bfqq->wr_coeff > 1) {
2983                 new_bfqq->wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
2984                 new_bfqq->wr_cur_max_time = bfqq->wr_cur_max_time;
2985                 new_bfqq->last_wr_start_finish = bfqq->last_wr_start_finish;
2986                 new_bfqq->wr_start_at_switch_to_srt =
2987                         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt;
2988                 if (bfq_bfqq_busy(new_bfqq))
2989                         bfqd->wr_busy_queues++;
2990                 new_bfqq->entity.prio_changed = 1;
2991         }
2992
2993         if (bfqq->wr_coeff > 1) { /* bfqq has given its wr to new_bfqq */
2994                 bfqq->wr_coeff = 1;
2995                 bfqq->entity.prio_changed = 1;
2996                 if (bfq_bfqq_busy(bfqq))
2997                         bfqd->wr_busy_queues--;
2998         }
2999
3000         bfq_log_bfqq(bfqd, new_bfqq, "merge_bfqqs: wr_busy %d",
3001                      bfqd->wr_busy_queues);
3002
3003         /*
3004          * Merge queues (that is, let bic redirect its requests to new_bfqq)
3005          */
3006         bic_set_bfqq(bic, new_bfqq, 1);
3007         bfq_mark_bfqq_coop(new_bfqq);
3008         /*
3009          * new_bfqq now belongs to at least two bics (it is a shared queue):
3010          * set new_bfqq->bic to NULL. bfqq either:
3011          * - does not belong to any bic any more, and hence bfqq->bic must
3012          *   be set to NULL, or
3013          * - is a queue whose owning bics have already been redirected to a
3014          *   different queue, hence the queue is destined to not belong to
3015          *   any bic soon and bfqq->bic is already NULL (therefore the next
3016          *   assignment causes no harm).
3017          */
3018         new_bfqq->bic = NULL;
3019         /*
3020          * If the queue is shared, the pid is the pid of one of the associated
3021          * processes. Which pid depends on the exact sequence of merge events
3022          * the queue underwent. So printing such a pid is useless and confusing
3023          * because it reports a random pid between those of the associated
3024          * processes.
3025          * We mark such a queue with a pid -1, and then print SHARED instead of
3026          * a pid in logging messages.
3027          */
3028         new_bfqq->pid = -1;
3029         bfqq->bic = NULL;
3030
3031         bfq_reassign_last_bfqq(bfqq, new_bfqq);
3032
3033         bfq_release_process_ref(bfqd, bfqq);
3034 }
3035
3036 static bool bfq_allow_bio_merge(struct request_queue *q, struct request *rq,
3037                                 struct bio *bio)
3038 {
3039         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
3040         bool is_sync = op_is_sync(bio->bi_opf);
3041         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->bio_bfqq, *new_bfqq;
3042
3043         /*
3044          * Disallow merge of a sync bio into an async request.
3045          */
3046         if (is_sync && !rq_is_sync(rq))
3047                 return false;
3048
3049         /*
3050          * Lookup the bfqq that this bio will be queued with. Allow
3051          * merge only if rq is queued there.
3052          */
3053         if (!bfqq)
3054                 return false;
3055
3056         /*
3057          * We take advantage of this function to perform an early merge
3058          * of the queues of possible cooperating processes.
3059          */
3060         new_bfqq = bfq_setup_cooperator(bfqd, bfqq, bio, false, bfqd->bio_bic);
3061         if (new_bfqq) {
3062                 /*
3063                  * bic still points to bfqq, then it has not yet been
3064                  * redirected to some other bfq_queue, and a queue
3065                  * merge between bfqq and new_bfqq can be safely
3066                  * fulfilled, i.e., bic can be redirected to new_bfqq
3067                  * and bfqq can be put.
3068                  */
3069                 bfq_merge_bfqqs(bfqd, bfqd->bio_bic, bfqq,
3070                                 new_bfqq);
3071                 /*
3072                  * If we get here, bio will be queued into new_queue,
3073                  * so use new_bfqq to decide whether bio and rq can be
3074                  * merged.
3075                  */
3076                 bfqq = new_bfqq;
3077
3078                 /*
3079                  * Change also bqfd->bio_bfqq, as
3080                  * bfqd->bio_bic now points to new_bfqq, and
3081                  * this function may be invoked again (and then may
3082                  * use again bqfd->bio_bfqq).
3083                  */
3084                 bfqd->bio_bfqq = bfqq;
3085         }
3086
3087         return bfqq == RQ_BFQQ(rq);
3088 }
3089
3090 /*
3091  * Set the maximum time for the in-service queue to consume its
3092  * budget. This prevents seeky processes from lowering the throughput.
3093  * In practice, a time-slice service scheme is used with seeky
3094  * processes.
3095  */
3096 static void bfq_set_budget_timeout(struct bfq_data *bfqd,
3097                                    struct bfq_queue *bfqq)
3098 {
3099         unsigned int timeout_coeff;
3100
3101         if (bfqq->wr_cur_max_time == bfqd->bfq_wr_rt_max_time)
3102                 timeout_coeff = 1;
3103         else
3104                 timeout_coeff = bfqq->entity.weight / bfqq->entity.orig_weight;
3105
3106         bfqd->last_budget_start = ktime_get();
3107
3108         bfqq->budget_timeout = jiffies +
3109                 bfqd->bfq_timeout * timeout_coeff;
3110 }
3111
3112 static void __bfq_set_in_service_queue(struct bfq_data *bfqd,
3113                                        struct bfq_queue *bfqq)
3114 {
3115         if (bfqq) {
3116                 bfq_clear_bfqq_fifo_expire(bfqq);
3117
3118                 bfqd->budgets_assigned = (bfqd->budgets_assigned * 7 + 256) / 8;
3119
3120                 if (time_is_before_jiffies(bfqq->last_wr_start_finish) &&
3121                     bfqq->wr_coeff > 1 &&
3122                     bfqq->wr_cur_max_time == bfqd->bfq_wr_rt_max_time &&
3123                     time_is_before_jiffies(bfqq->budget_timeout)) {
3124                         /*
3125                          * For soft real-time queues, move the start
3126                          * of the weight-raising period forward by the
3127                          * time the queue has not received any
3128                          * service. Otherwise, a relatively long
3129                          * service delay is likely to cause the
3130                          * weight-raising period of the queue to end,
3131                          * because of the short duration of the
3132                          * weight-raising period of a soft real-time
3133                          * queue.  It is worth noting that this move
3134                          * is not so dangerous for the other queues,
3135                          * because soft real-time queues are not
3136                          * greedy.
3137                          *
3138                          * To not add a further variable, we use the
3139                          * overloaded field budget_timeout to
3140                          * determine for how long the queue has not
3141                          * received service, i.e., how much time has
3142                          * elapsed since the queue expired. However,
3143                          * this is a little imprecise, because
3144                          * budget_timeout is set to jiffies if bfqq
3145                          * not only expires, but also remains with no
3146                          * request.
3147                          */
3148                         if (time_after(bfqq->budget_timeout,
3149                                        bfqq->last_wr_start_finish))
3150                                 bfqq->last_wr_start_finish +=
3151                                         jiffies - bfqq->budget_timeout;
3152                         else
3153                                 bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
3154                 }
3155
3156                 bfq_set_budget_timeout(bfqd, bfqq);
3157                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq,
3158                              "set_in_service_queue, cur-budget = %d",
3159                              bfqq->entity.budget);
3160         }
3161
3162         bfqd->in_service_queue = bfqq;
3163         bfqd->in_serv_last_pos = 0;
3164 }
3165
3166 /*
3167  * Get and set a new queue for service.
3168  */
3169 static struct bfq_queue *bfq_set_in_service_queue(struct bfq_data *bfqd)
3170 {
3171         struct bfq_queue *bfqq = bfq_get_next_queue(bfqd);
3172
3173         __bfq_set_in_service_queue(bfqd, bfqq);
3174         return bfqq;
3175 }
3176
3177 static void bfq_arm_slice_timer(struct bfq_data *bfqd)
3178 {
3179         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->in_service_queue;
3180         u32 sl;
3181
3182         bfq_mark_bfqq_wait_request(bfqq);
3183
3184         /*
3185          * We don't want to idle for seeks, but we do want to allow
3186          * fair distribution of slice time for a process doing back-to-back
3187          * seeks. So allow a little bit of time for him to submit a new rq.
3188          */
3189         sl = bfqd->bfq_slice_idle;
3190         /*
3191          * Unless the queue is being weight-raised or the scenario is
3192          * asymmetric, grant only minimum idle time if the queue
3193          * is seeky. A long idling is preserved for a weight-raised
3194          * queue, or, more in general, in an asymmetric scenario,
3195          * because a long idling is needed for guaranteeing to a queue
3196          * its reserved share of the throughput (in particular, it is
3197          * needed if the queue has a higher weight than some other
3198          * queue).
3199          */
3200         if (BFQQ_SEEKY(bfqq) && bfqq->wr_coeff == 1 &&
3201             !bfq_asymmetric_scenario(bfqd, bfqq))
3202                 sl = min_t(u64, sl, BFQ_MIN_TT);
3203         else if (bfqq->wr_coeff > 1)
3204                 sl = max_t(u32, sl, 20ULL * NSEC_PER_MSEC);
3205
3206         bfqd->last_idling_start = ktime_get();
3207         bfqd->last_idling_start_jiffies = jiffies;
3208
3209         hrtimer_start(&bfqd->idle_slice_timer, ns_to_ktime(sl),
3210                       HRTIMER_MODE_REL);
3211         bfqg_stats_set_start_idle_time(bfqq_group(bfqq));
3212 }
3213
3214 /*
3215  * In autotuning mode, max_budget is dynamically recomputed as the
3216  * amount of sectors transferred in timeout at the estimated peak
3217  * rate. This enables BFQ to utilize a full timeslice with a full
3218  * budget, even if the in-service queue is served at peak rate. And
3219  * this maximises throughput with sequential workloads.
3220  */
3221 static unsigned long bfq_calc_max_budget(struct bfq_data *bfqd)
3222 {
3223         return (u64)bfqd->peak_rate * USEC_PER_MSEC *
3224                 jiffies_to_msecs(bfqd->bfq_timeout)>>BFQ_RATE_SHIFT;
3225 }
3226
3227 /*
3228  * Update parameters related to throughput and responsiveness, as a
3229  * function of the estimated peak rate. See comments on
3230  * bfq_calc_max_budget(), and on the ref_wr_duration array.
3231  */
3232 static void update_thr_responsiveness_params(struct bfq_data *bfqd)
3233 {
3234         if (bfqd->bfq_user_max_budget == 0) {
3235                 bfqd->bfq_max_budget =
3236                         bfq_calc_max_budget(bfqd);
3237                 bfq_log(bfqd, "new max_budget = %d", bfqd->bfq_max_budget);
3238         }
3239 }
3240
3241 static void bfq_reset_rate_computation(struct bfq_data *bfqd,
3242                                        struct request *rq)
3243 {
3244         if (rq != NULL) { /* new rq dispatch now, reset accordingly */
3245                 bfqd->last_dispatch = bfqd->first_dispatch = ktime_get_ns();
3246                 bfqd->peak_rate_samples = 1;
3247                 bfqd->sequential_samples = 0;
3248                 bfqd->tot_sectors_dispatched = bfqd->last_rq_max_size =
3249                         blk_rq_sectors(rq);
3250         } else /* no new rq dispatched, just reset the number of samples */
3251                 bfqd->peak_rate_samples = 0; /* full re-init on next disp. */
3252
3253         bfq_log(bfqd,
3254                 "reset_rate_computation at end, sample %u/%u tot_sects %llu",
3255                 bfqd->peak_rate_samples, bfqd->sequential_samples,
3256                 bfqd->tot_sectors_dispatched);
3257 }
3258
3259 static void bfq_update_rate_reset(struct bfq_data *bfqd, struct request *rq)
3260 {
3261         u32 rate, weight, divisor;
3262
3263         /*
3264          * For the convergence property to hold (see comments on
3265          * bfq_update_peak_rate()) and for the assessment to be
3266          * reliable, a minimum number of samples must be present, and
3267          * a minimum amount of time must have elapsed. If not so, do
3268          * not compute new rate. Just reset parameters, to get ready
3269          * for a new evaluation attempt.
3270          */
3271         if (bfqd->peak_rate_samples < BFQ_RATE_MIN_SAMPLES ||
3272             bfqd->delta_from_first < BFQ_RATE_MIN_INTERVAL)
3273                 goto reset_computation;
3274
3275         /*
3276          * If a new request completion has occurred after last
3277          * dispatch, then, to approximate the rate at which requests
3278          * have been served by the device, it is more precise to
3279          * extend the observation interval to the last completion.
3280          */
3281         bfqd->delta_from_first =
3282                 max_t(u64, bfqd->delta_from_first,
3283                       bfqd->last_completion - bfqd->first_dispatch);
3284
3285         /*
3286          * Rate computed in sects/usec, and not sects/nsec, for
3287          * precision issues.
3288          */
3289         rate = div64_ul(bfqd->tot_sectors_dispatched<<BFQ_RATE_SHIFT,
3290                         div_u64(bfqd->delta_from_first, NSEC_PER_USEC));
3291
3292         /*
3293          * Peak rate not updated if:
3294          * - the percentage of sequential dispatches is below 3/4 of the
3295          *   total, and rate is below the current estimated peak rate
3296          * - rate is unreasonably high (> 20M sectors/sec)
3297          */
3298         if ((bfqd->sequential_samples < (3 * bfqd->peak_rate_samples)>>2 &&
3299              rate <= bfqd->peak_rate) ||
3300                 rate > 20<<BFQ_RATE_SHIFT)
3301                 goto reset_computation;
3302
3303         /*
3304          * We have to update the peak rate, at last! To this purpose,
3305          * we use a low-pass filter. We compute the smoothing constant
3306          * of the filter as a function of the 'weight' of the new
3307          * measured rate.
3308          *
3309          * As can be seen in next formulas, we define this weight as a
3310          * quantity proportional to how sequential the workload is,
3311          * and to how long the observation time interval is.
3312          *
3313          * The weight runs from 0 to 8. The maximum value of the
3314          * weight, 8, yields the minimum value for the smoothing
3315          * constant. At this minimum value for the smoothing constant,
3316          * the measured rate contributes for half of the next value of
3317          * the estimated peak rate.
3318          *
3319          * So, the first step is to compute the weight as a function
3320          * of how sequential the workload is. Note that the weight
3321          * cannot reach 9, because bfqd->sequential_samples cannot
3322          * become equal to bfqd->peak_rate_samples, which, in its
3323          * turn, holds true because bfqd->sequential_samples is not
3324          * incremented for the first sample.
3325          */
3326         weight = (9 * bfqd->sequential_samples) / bfqd->peak_rate_samples;
3327
3328         /*
3329          * Second step: further refine the weight as a function of the
3330          * duration of the observation interval.
3331          */
3332         weight = min_t(u32, 8,
3333                        div_u64(weight * bfqd->delta_from_first,
3334                                BFQ_RATE_REF_INTERVAL));
3335
3336         /*
3337          * Divisor ranging from 10, for minimum weight, to 2, for
3338          * maximum weight.
3339          */
3340         divisor = 10 - weight;
3341
3342         /*
3343          * Finally, update peak rate:
3344          *
3345          * peak_rate = peak_rate * (divisor-1) / divisor  +  rate / divisor
3346          */
3347         bfqd->peak_rate *= divisor-1;
3348         bfqd->peak_rate /= divisor;
3349         rate /= divisor; /* smoothing constant alpha = 1/divisor */
3350
3351         bfqd->peak_rate += rate;
3352
3353         /*
3354          * For a very slow device, bfqd->peak_rate can reach 0 (see
3355          * the minimum representable values reported in the comments
3356          * on BFQ_RATE_SHIFT). Push to 1 if this happens, to avoid
3357          * divisions by zero where bfqd->peak_rate is used as a
3358          * divisor.
3359          */
3360         bfqd->peak_rate = max_t(u32, 1, bfqd->peak_rate);
3361
3362         update_thr_responsiveness_params(bfqd);
3363
3364 reset_computation:
3365         bfq_reset_rate_computation(bfqd, rq);
3366 }
3367
3368 /*
3369  * Update the read/write peak rate (the main quantity used for
3370  * auto-tuning, see update_thr_responsiveness_params()).
3371  *
3372  * It is not trivial to estimate the peak rate (correctly): because of
3373  * the presence of sw and hw queues between the scheduler and the
3374  * device components that finally serve I/O requests, it is hard to
3375  * say exactly when a given dispatched request is served inside the
3376  * device, and for how long. As a consequence, it is hard to know
3377  * precisely at what rate a given set of requests is actually served
3378  * by the device.
3379  *
3380  * On the opposite end, the dispatch time of any request is trivially
3381  * available, and, from this piece of information, the "dispatch rate"
3382  * of requests can be immediately computed. So, the idea in the next
3383  * function is to use what is known, namely request dispatch times
3384  * (plus, when useful, request completion times), to estimate what is
3385  * unknown, namely in-device request service rate.
3386  *
3387  * The main issue is that, because of the above facts, the rate at
3388  * which a certain set of requests is dispatched over a certain time
3389  * interval can vary greatly with respect to the rate at which the
3390  * same requests are then served. But, since the size of any
3391  * intermediate queue is limited, and the service scheme is lossless
3392  * (no request is silently dropped), the following obvious convergence
3393  * property holds: the number of requests dispatched MUST become
3394  * closer and closer to the number of requests completed as the
3395  * observation interval grows. This is the key property used in
3396  * the next function to estimate the peak service rate as a function
3397  * of the observed dispatch rate. The function assumes to be invoked
3398  * on every request dispatch.
3399  */
3400 static void bfq_update_peak_rate(struct bfq_data *bfqd, struct request *rq)
3401 {
3402         u64 now_ns = ktime_get_ns();
3403
3404         if (bfqd->peak_rate_samples == 0) { /* first dispatch */
3405                 bfq_log(bfqd, "update_peak_rate: goto reset, samples %d",
3406                         bfqd->peak_rate_samples);
3407                 bfq_reset_rate_computation(bfqd, rq);
3408                 goto update_last_values; /* will add one sample */
3409         }
3410
3411         /*
3412          * Device idle for very long: the observation interval lasting
3413          * up to this dispatch cannot be a valid observation interval
3414          * for computing a new peak rate (similarly to the late-
3415          * completion event in bfq_completed_request()). Go to
3416          * update_rate_and_reset to have the following three steps
3417          * taken:
3418          * - close the observation interval at the last (previous)
3419          *   request dispatch or completion
3420          * - compute rate, if possible, for that observation interval
3421          * - start a new observation interval with this dispatch
3422          */
3423         if (now_ns - bfqd->last_dispatch > 100*NSEC_PER_MSEC &&
3424             bfqd->rq_in_driver == 0)
3425                 goto update_rate_and_reset;
3426
3427         /* Update sampling information */
3428         bfqd->peak_rate_samples++;
3429
3430         if ((bfqd->rq_in_driver > 0 ||
3431                 now_ns - bfqd->last_completion < BFQ_MIN_TT)
3432             && !BFQ_RQ_SEEKY(bfqd, bfqd->last_position, rq))
3433                 bfqd->sequential_samples++;
3434
3435         bfqd->tot_sectors_dispatched += blk_rq_sectors(rq);
3436
3437         /* Reset max observed rq size every 32 dispatches */
3438         if (likely(bfqd->peak_rate_samples % 32))
3439                 bfqd->last_rq_max_size =
3440                         max_t(u32, blk_rq_sectors(rq), bfqd->last_rq_max_size);
3441         else
3442                 bfqd->last_rq_max_size = blk_rq_sectors(rq);
3443
3444         bfqd->delta_from_first = now_ns - bfqd->first_dispatch;
3445
3446         /* Target observation interval not yet reached, go on sampling */
3447         if (bfqd->delta_from_first < BFQ_RATE_REF_INTERVAL)
3448                 goto update_last_values;
3449
3450 update_rate_and_reset:
3451         bfq_update_rate_reset(bfqd, rq);
3452 update_last_values:
3453         bfqd->last_position = blk_rq_pos(rq) + blk_rq_sectors(rq);
3454         if (RQ_BFQQ(rq) == bfqd->in_service_queue)
3455                 bfqd->in_serv_last_pos = bfqd->last_position;
3456         bfqd->last_dispatch = now_ns;
3457 }
3458
3459 /*
3460  * Remove request from internal lists.
3461  */
3462 static void bfq_dispatch_remove(struct request_queue *q, struct request *rq)
3463 {
3464         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
3465
3466         /*
3467          * For consistency, the next instruction should have been
3468          * executed after removing the request from the queue and
3469          * dispatching it.  We execute instead this instruction before
3470          * bfq_remove_request() (and hence introduce a temporary
3471          * inconsistency), for efficiency.  In fact, should this
3472          * dispatch occur for a non in-service bfqq, this anticipated
3473          * increment prevents two counters related to bfqq->dispatched
3474          * from risking to be, first, uselessly decremented, and then
3475          * incremented again when the (new) value of bfqq->dispatched
3476          * happens to be taken into account.
3477          */
3478         bfqq->dispatched++;
3479         bfq_update_peak_rate(q->elevator->elevator_data, rq);
3480
3481         bfq_remove_request(q, rq);
3482 }
3483
3484 /*
3485  * There is a case where idling does not have to be performed for
3486  * throughput concerns, but to preserve the throughput share of
3487  * the process associated with bfqq.
3488  *
3489  * To introduce this case, we can note that allowing the drive
3490  * to enqueue more than one request at a time, and hence
3491  * delegating de facto final scheduling decisions to the
3492  * drive's internal scheduler, entails loss of control on the
3493  * actual request service order. In particular, the critical
3494  * situation is when requests from different processes happen
3495  * to be present, at the same time, in the internal queue(s)
3496  * of the drive. In such a situation, the drive, by deciding
3497  * the service order of the internally-queued requests, does
3498  * determine also the actual throughput distribution among
3499  * these processes. But the drive typically has no notion or
3500  * concern about per-process throughput distribution, and
3501  * makes its decisions only on a per-request basis. Therefore,
3502  * the service distribution enforced by the drive's internal
3503  * scheduler is likely to coincide with the desired throughput
3504  * distribution only in a completely symmetric, or favorably
3505  * skewed scenario where:
3506  * (i-a) each of these processes must get the same throughput as
3507  *       the others,
3508  * (i-b) in case (i-a) does not hold, it holds that the process
3509  *       associated with bfqq must receive a lower or equal
3510  *       throughput than any of the other processes;
3511  * (ii)  the I/O of each process has the same properties, in
3512  *       terms of locality (sequential or random), direction
3513  *       (reads or writes), request sizes, greediness
3514  *       (from I/O-bound to sporadic), and so on;
3515
3516  * In fact, in such a scenario, the drive tends to treat the requests
3517  * of each process in about the same way as the requests of the
3518  * others, and thus to provide each of these processes with about the
3519  * same throughput.  This is exactly the desired throughput
3520  * distribution if (i-a) holds, or, if (i-b) holds instead, this is an
3521  * even more convenient distribution for (the process associated with)
3522  * bfqq.
3523  *
3524  * In contrast, in any asymmetric or unfavorable scenario, device
3525  * idling (I/O-dispatch plugging) is certainly needed to guarantee
3526  * that bfqq receives its assigned fraction of the device throughput
3527  * (see [1] for details).
3528  *
3529  * The problem is that idling may significantly reduce throughput with
3530  * certain combinations of types of I/O and devices. An important
3531  * example is sync random I/O on flash storage with command
3532  * queueing. So, unless bfqq falls in cases where idling also boosts
3533  * throughput, it is important to check conditions (i-a), i(-b) and
3534  * (ii) accurately, so as to avoid idling when not strictly needed for
3535  * service guarantees.
3536  *
3537  * Unfortunately, it is extremely difficult to thoroughly check
3538  * condition (ii). And, in case there are active groups, it becomes
3539  * very difficult to check conditions (i-a) and (i-b) too.  In fact,
3540  * if there are active groups, then, for conditions (i-a) or (i-b) to
3541  * become false 'indirectly', it is enough that an active group
3542  * contains more active processes or sub-groups than some other active
3543  * group. More precisely, for conditions (i-a) or (i-b) to become
3544  * false because of such a group, it is not even necessary that the
3545  * group is (still) active: it is sufficient that, even if the group
3546  * has become inactive, some of its descendant processes still have
3547  * some request already dispatched but still waiting for
3548  * completion. In fact, requests have still to be guaranteed their
3549  * share of the throughput even after being dispatched. In this
3550  * respect, it is easy to show that, if a group frequently becomes
3551  * inactive while still having in-flight requests, and if, when this
3552  * happens, the group is not considered in the calculation of whether
3553  * the scenario is asymmetric, then the group may fail to be
3554  * guaranteed its fair share of the throughput (basically because
3555  * idling may not be performed for the descendant processes of the
3556  * group, but it had to be).  We address this issue with the following
3557  * bi-modal behavior, implemented in the function
3558  * bfq_asymmetric_scenario().
3559  *
3560  * If there are groups with requests waiting for completion
3561  * (as commented above, some of these groups may even be
3562  * already inactive), then the scenario is tagged as
3563  * asymmetric, conservatively, without checking any of the
3564  * conditions (i-a), (i-b) or (ii). So the device is idled for bfqq.
3565  * This behavior matches also the fact that groups are created
3566  * exactly if controlling I/O is a primary concern (to
3567  * preserve bandwidth and latency guarantees).
3568  *
3569  * On the opposite end, if there are no groups with requests waiting
3570  * for completion, then only conditions (i-a) and (i-b) are actually
3571  * controlled, i.e., provided that conditions (i-a) or (i-b) holds,
3572  * idling is not performed, regardless of whether condition (ii)
3573  * holds.  In other words, only if conditions (i-a) and (i-b) do not
3574  * hold, then idling is allowed, and the device tends to be prevented
3575  * from queueing many requests, possibly of several processes. Since
3576  * there are no groups with requests waiting for completion, then, to
3577  * control conditions (i-a) and (i-b) it is enough to check just
3578  * whether all the queues with requests waiting for completion also
3579  * have the same weight.
3580  *
3581  * Not checking condition (ii) evidently exposes bfqq to the
3582  * risk of getting less throughput than its fair share.
3583  * However, for queues with the same weight, a further
3584  * mechanism, preemption, mitigates or even eliminates this
3585  * problem. And it does so without consequences on overall
3586  * throughput. This mechanism and its benefits are explained
3587  * in the next three paragraphs.
3588  *
3589  * Even if a queue, say Q, is expired when it remains idle, Q
3590  * can still preempt the new in-service queue if the next
3591  * request of Q arrives soon (see the comments on
3592  * bfq_bfqq_update_budg_for_activation). If all queues and
3593  * groups have the same weight, this form of preemption,
3594  * combined with the hole-recovery heuristic described in the
3595  * comments on function bfq_bfqq_update_budg_for_activation,
3596  * are enough to preserve a correct bandwidth distribution in
3597  * the mid term, even without idling. In fact, even if not
3598  * idling allows the internal queues of the device to contain
3599  * many requests, and thus to reorder requests, we can rather
3600  * safely assume that the internal scheduler still preserves a
3601  * minimum of mid-term fairness.
3602  *
3603  * More precisely, this preemption-based, idleless approach
3604  * provides fairness in terms of IOPS, and not sectors per
3605  * second. This can be seen with a simple example. Suppose
3606  * that there are two queues with the same weight, but that
3607  * the first queue receives requests of 8 sectors, while the
3608  * second queue receives requests of 1024 sectors. In
3609  * addition, suppose that each of the two queues contains at
3610  * most one request at a time, which implies that each queue
3611  * always remains idle after it is served. Finally, after
3612  * remaining idle, each queue receives very quickly a new
3613  * request. It follows that the two queues are served
3614  * alternatively, preempting each other if needed. This
3615  * implies that, although both queues have the same weight,
3616  * the queue with large requests receives a service that is
3617  * 1024/8 times as high as the service received by the other
3618  * queue.
3619  *
3620  * The motivation for using preemption instead of idling (for
3621  * queues with the same weight) is that, by not idling,
3622  * service guarantees are preserved (completely or at least in
3623  * part) without minimally sacrificing throughput. And, if
3624  * there is no active group, then the primary expectation for
3625  * this device is probably a high throughput.
3626  *
3627  * We are now left only with explaining the two sub-conditions in the
3628  * additional compound condition that is checked below for deciding
3629  * whether the scenario is asymmetric. To explain the first
3630  * sub-condition, we need to add that the function
3631  * bfq_asymmetric_scenario checks the weights of only
3632  * non-weight-raised queues, for efficiency reasons (see comments on
3633  * bfq_weights_tree_add()). Then the fact that bfqq is weight-raised
3634  * is checked explicitly here. More precisely, the compound condition
3635  * below takes into account also the fact that, even if bfqq is being
3636  * weight-raised, the scenario is still symmetric if all queues with
3637  * requests waiting for completion happen to be
3638  * weight-raised. Actually, we should be even more precise here, and
3639  * differentiate between interactive weight raising and soft real-time
3640  * weight raising.
3641  *
3642  * The second sub-condition checked in the compound condition is
3643  * whether there is a fair amount of already in-flight I/O not
3644  * belonging to bfqq. If so, I/O dispatching is to be plugged, for the
3645  * following reason. The drive may decide to serve in-flight
3646  * non-bfqq's I/O requests before bfqq's ones, thereby delaying the
3647  * arrival of new I/O requests for bfqq (recall that bfqq is sync). If
3648  * I/O-dispatching is not plugged, then, while bfqq remains empty, a
3649  * basically uncontrolled amount of I/O from other queues may be
3650  * dispatched too, possibly causing the service of bfqq's I/O to be
3651  * delayed even longer in the drive. This problem gets more and more
3652  * serious as the speed and the queue depth of the drive grow,
3653  * because, as these two quantities grow, the probability to find no
3654  * queue busy but many requests in flight grows too. By contrast,
3655  * plugging I/O dispatching minimizes the delay induced by already
3656  * in-flight I/O, and enables bfqq to recover the bandwidth it may
3657  * lose because of this delay.
3658  *
3659  * As a side note, it is worth considering that the above
3660  * device-idling countermeasures may however fail in the following
3661  * unlucky scenario: if I/O-dispatch plugging is (correctly) disabled
3662  * in a time period during which all symmetry sub-conditions hold, and
3663  * therefore the device is allowed to enqueue many requests, but at
3664  * some later point in time some sub-condition stops to hold, then it
3665  * may become impossible to make requests be served in the desired
3666  * order until all the requests already queued in the device have been
3667  * served. The last sub-condition commented above somewhat mitigates
3668  * this problem for weight-raised queues.
3669  *
3670  * However, as an additional mitigation for this problem, we preserve
3671  * plugging for a special symmetric case that may suddenly turn into
3672  * asymmetric: the case where only bfqq is busy. In this case, not
3673  * expiring bfqq does not cause any harm to any other queues in terms
3674  * of service guarantees. In contrast, it avoids the following unlucky
3675  * sequence of events: (1) bfqq is expired, (2) a new queue with a
3676  * lower weight than bfqq becomes busy (or more queues), (3) the new
3677  * queue is served until a new request arrives for bfqq, (4) when bfqq
3678  * is finally served, there are so many requests of the new queue in
3679  * the drive that the pending requests for bfqq take a lot of time to
3680  * be served. In particular, event (2) may case even already
3681  * dispatched requests of bfqq to be delayed, inside the drive. So, to
3682  * avoid this series of events, the scenario is preventively declared
3683  * as asymmetric also if bfqq is the only busy queues
3684  */
3685 static bool idling_needed_for_service_guarantees(struct bfq_data *bfqd,
3686                                                  struct bfq_queue *bfqq)
3687 {
3688         int tot_busy_queues = bfq_tot_busy_queues(bfqd);
3689
3690         /* No point in idling for bfqq if it won't get requests any longer */
3691         if (unlikely(!bfqq_process_refs(bfqq)))
3692                 return false;
3693
3694         return (bfqq->wr_coeff > 1 &&
3695                 (bfqd->wr_busy_queues <
3696                  tot_busy_queues ||
3697                  bfqd->rq_in_driver >=
3698                  bfqq->dispatched + 4)) ||
3699                 bfq_asymmetric_scenario(bfqd, bfqq) ||
3700                 tot_busy_queues == 1;
3701 }
3702
3703 static bool __bfq_bfqq_expire(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
3704                               enum bfqq_expiration reason)
3705 {
3706         /*
3707          * If this bfqq is shared between multiple processes, check
3708          * to make sure that those processes are still issuing I/Os
3709          * within the mean seek distance. If not, it may be time to
3710          * break the queues apart again.
3711          */
3712         if (bfq_bfqq_coop(bfqq) && BFQQ_SEEKY(bfqq))
3713                 bfq_mark_bfqq_split_coop(bfqq);
3714
3715         /*
3716          * Consider queues with a higher finish virtual time than
3717          * bfqq. If idling_needed_for_service_guarantees(bfqq) returns
3718          * true, then bfqq's bandwidth would be violated if an
3719          * uncontrolled amount of I/O from these queues were
3720          * dispatched while bfqq is waiting for its new I/O to
3721          * arrive. This is exactly what may happen if this is a forced
3722          * expiration caused by a preemption attempt, and if bfqq is
3723          * not re-scheduled. To prevent this from happening, re-queue
3724          * bfqq if it needs I/O-dispatch plugging, even if it is
3725          * empty. By doing so, bfqq is granted to be served before the
3726          * above queues (provided that bfqq is of course eligible).
3727          */
3728         if (RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) &&
3729             !(reason == BFQQE_PREEMPTED &&
3730               idling_needed_for_service_guarantees(bfqd, bfqq))) {
3731                 if (bfqq->dispatched == 0)
3732                         /*
3733                          * Overloading budget_timeout field to store
3734                          * the time at which the queue remains with no
3735                          * backlog and no outstanding request; used by
3736                          * the weight-raising mechanism.
3737                          */
3738                         bfqq->budget_timeout = jiffies;
3739
3740                 bfq_del_bfqq_busy(bfqd, bfqq, true);
3741         } else {
3742                 bfq_requeue_bfqq(bfqd, bfqq, true);
3743                 /*
3744                  * Resort priority tree of potential close cooperators.
3745                  * See comments on bfq_pos_tree_add_move() for the unlikely().
3746                  */
3747                 if (unlikely(!bfqd->nonrot_with_queueing &&
3748                              !RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list)))
3749                         bfq_pos_tree_add_move(bfqd, bfqq);
3750         }
3751
3752         /*
3753          * All in-service entities must have been properly deactivated
3754          * or requeued before executing the next function, which
3755          * resets all in-service entities as no more in service. This
3756          * may cause bfqq to be freed. If this happens, the next
3757          * function returns true.
3758          */
3759         return __bfq_bfqd_reset_in_service(bfqd);
3760 }
3761
3762 /**
3763  * __bfq_bfqq_recalc_budget - try to adapt the budget to the @bfqq behavior.
3764  * @bfqd: device data.
3765  * @bfqq: queue to update.
3766  * @reason: reason for expiration.
3767  *
3768  * Handle the feedback on @bfqq budget at queue expiration.
3769  * See the body for detailed comments.
3770  */
3771 static void __bfq_bfqq_recalc_budget(struct bfq_data *bfqd,
3772                                      struct bfq_queue *bfqq,
3773                                      enum bfqq_expiration reason)
3774 {
3775         struct request *next_rq;
3776         int budget, min_budget;
3777
3778         min_budget = bfq_min_budget(bfqd);
3779
3780         if (bfqq->wr_coeff == 1)
3781                 budget = bfqq->max_budget;
3782         else /*
3783               * Use a constant, low budget for weight-raised queues,
3784               * to help achieve a low latency. Keep it slightly higher
3785               * than the minimum possible budget, to cause a little
3786               * bit fewer expirations.
3787               */
3788                 budget = 2 * min_budget;
3789
3790         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "recalc_budg: last budg %d, budg left %d",
3791                 bfqq->entity.budget, bfq_bfqq_budget_left(bfqq));
3792         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "recalc_budg: last max_budg %d, min budg %d",
3793                 budget, bfq_min_budget(bfqd));
3794         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "recalc_budg: sync %d, seeky %d",
3795                 bfq_bfqq_sync(bfqq), BFQQ_SEEKY(bfqd->in_service_queue));
3796
3797         if (bfq_bfqq_sync(bfqq) && bfqq->wr_coeff == 1) {
3798                 switch (reason) {
3799                 /*
3800                  * Caveat: in all the following cases we trade latency
3801                  * for throughput.
3802                  */
3803                 case BFQQE_TOO_IDLE:
3804                         /*
3805                          * This is the only case where we may reduce
3806                          * the budget: if there is no request of the
3807                          * process still waiting for completion, then
3808                          * we assume (tentatively) that the timer has
3809                          * expired because the batch of requests of
3810                          * the process could have been served with a
3811                          * smaller budget.  Hence, betting that
3812                          * process will behave in the same way when it
3813                          * becomes backlogged again, we reduce its
3814                          * next budget.  As long as we guess right,
3815                          * this budget cut reduces the latency
3816                          * experienced by the process.
3817                          *
3818                          * However, if there are still outstanding
3819                          * requests, then the process may have not yet
3820                          * issued its next request just because it is
3821                          * still waiting for the completion of some of
3822                          * the still outstanding ones.  So in this
3823                          * subcase we do not reduce its budget, on the
3824                          * contrary we increase it to possibly boost
3825                          * the throughput, as discussed in the
3826                          * comments to the BUDGET_TIMEOUT case.
3827                          */
3828                         if (bfqq->dispatched > 0) /* still outstanding reqs */
3829                                 budget = min(budget * 2, bfqd->bfq_max_budget);
3830                         else {
3831                                 if (budget > 5 * min_budget)
3832                                         budget -= 4 * min_budget;
3833                                 else
3834                                         budget = min_budget;
3835                         }
3836                         break;
3837                 case BFQQE_BUDGET_TIMEOUT:
3838                         /*
3839                          * We double the budget here because it gives
3840                          * the chance to boost the throughput if this
3841                          * is not a seeky process (and has bumped into
3842                          * this timeout because of, e.g., ZBR).
3843                          */
3844                         budget = min(budget * 2, bfqd->bfq_max_budget);
3845                         break;
3846                 case BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED:
3847                         /*
3848                          * The process still has backlog, and did not
3849                          * let either the budget timeout or the disk
3850                          * idling timeout expire. Hence it is not
3851                          * seeky, has a short thinktime and may be
3852                          * happy with a higher budget too. So
3853                          * definitely increase the budget of this good
3854                          * candidate to boost the disk throughput.
3855                          */
3856                         budget = min(budget * 4, bfqd->bfq_max_budget);
3857                         break;
3858                 case BFQQE_NO_MORE_REQUESTS:
3859                         /*
3860                          * For queues that expire for this reason, it
3861                          * is particularly important to keep the
3862                          * budget close to the actual service they
3863                          * need. Doing so reduces the timestamp
3864                          * misalignment problem described in the
3865                          * comments in the body of
3866                          * __bfq_activate_entity. In fact, suppose
3867                          * that a queue systematically expires for
3868                          * BFQQE_NO_MORE_REQUESTS and presents a
3869                          * new request in time to enjoy timestamp
3870                          * back-shifting. The larger the budget of the
3871                          * queue is with respect to the service the
3872                          * queue actually requests in each service
3873                          * slot, the more times the queue can be
3874                          * reactivated with the same virtual finish
3875                          * time. It follows that, even if this finish
3876                          * time is pushed to the system virtual time
3877                          * to reduce the consequent timestamp
3878                          * misalignment, the queue unjustly enjoys for
3879                          * many re-activations a lower finish time
3880                          * than all newly activated queues.
3881                          *
3882                          * The service needed by bfqq is measured
3883                          * quite precisely by bfqq->entity.service.
3884                          * Since bfqq does not enjoy device idling,
3885                          * bfqq->entity.service is equal to the number
3886                          * of sectors that the process associated with
3887                          * bfqq requested to read/write before waiting
3888                          * for request completions, or blocking for
3889                          * other reasons.
3890                          */
3891                         budget = max_t(int, bfqq->entity.service, min_budget);
3892                         break;
3893                 default:
3894                         return;
3895                 }
3896         } else if (!bfq_bfqq_sync(bfqq)) {
3897                 /*
3898                  * Async queues get always the maximum possible
3899                  * budget, as for them we do not care about latency
3900                  * (in addition, their ability to dispatch is limited
3901                  * by the charging factor).
3902                  */
3903                 budget = bfqd->bfq_max_budget;
3904         }
3905
3906         bfqq->max_budget = budget;
3907
3908         if (bfqd->budgets_assigned >= bfq_stats_min_budgets &&
3909             !bfqd->bfq_user_max_budget)
3910                 bfqq->max_budget = min(bfqq->max_budget, bfqd->bfq_max_budget);
3911
3912         /*
3913          * If there is still backlog, then assign a new budget, making
3914          * sure that it is large enough for the next request.  Since
3915          * the finish time of bfqq must be kept in sync with the
3916          * budget, be sure to call __bfq_bfqq_expire() *after* this
3917          * update.
3918          *
3919          * If there is no backlog, then no need to update the budget;
3920          * it will be updated on the arrival of a new request.
3921          */
3922         next_rq = bfqq->next_rq;
3923         if (next_rq)
3924                 bfqq->entity.budget = max_t(unsigned long, bfqq->max_budget,
3925                                             bfq_serv_to_charge(next_rq, bfqq));
3926
3927         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "head sect: %u, new budget %d",
3928                         next_rq ? blk_rq_sectors(next_rq) : 0,
3929                         bfqq->entity.budget);
3930 }
3931
3932 /*
3933  * Return true if the process associated with bfqq is "slow". The slow
3934  * flag is used, in addition to the budget timeout, to reduce the
3935  * amount of service provided to seeky processes, and thus reduce
3936  * their chances to lower the throughput. More details in the comments
3937  * on the function bfq_bfqq_expire().
3938  *
3939  * An important observation is in order: as discussed in the comments
3940  * on the function bfq_update_peak_rate(), with devices with internal
3941  * queues, it is hard if ever possible to know when and for how long
3942  * an I/O request is processed by the device (apart from the trivial
3943  * I/O pattern where a new request is dispatched only after the
3944  * previous one has been completed). This makes it hard to evaluate
3945  * the real rate at which the I/O requests of each bfq_queue are
3946  * served.  In fact, for an I/O scheduler like BFQ, serving a
3947  * bfq_queue means just dispatching its requests during its service
3948  * slot (i.e., until the budget of the queue is exhausted, or the
3949  * queue remains idle, or, finally, a timeout fires). But, during the
3950  * service slot of a bfq_queue, around 100 ms at most, the device may
3951  * be even still processing requests of bfq_queues served in previous
3952  * service slots. On the opposite end, the requests of the in-service
3953  * bfq_queue may be completed after the service slot of the queue
3954  * finishes.
3955  *
3956  * Anyway, unless more sophisticated solutions are used
3957  * (where possible), the sum of the sizes of the requests dispatched
3958  * during the service slot of a bfq_queue is probably the only
3959  * approximation available for the service received by the bfq_queue
3960  * during its service slot. And this sum is the quantity used in this
3961  * function to evaluate the I/O speed of a process.
3962  */
3963 static bool bfq_bfqq_is_slow(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
3964                                  bool compensate, enum bfqq_expiration reason,
3965                                  unsigned long *delta_ms)
3966 {
3967         ktime_t delta_ktime;
3968         u32 delta_usecs;
3969         bool slow = BFQQ_SEEKY(bfqq); /* if delta too short, use seekyness */
3970
3971         if (!bfq_bfqq_sync(bfqq))
3972                 return false;
3973
3974         if (compensate)
3975                 delta_ktime = bfqd->last_idling_start;
3976         else
3977                 delta_ktime = ktime_get();
3978         delta_ktime = ktime_sub(delta_ktime, bfqd->last_budget_start);
3979         delta_usecs = ktime_to_us(delta_ktime);
3980
3981         /* don't use too short time intervals */
3982         if (delta_usecs < 1000) {
3983                 if (blk_queue_nonrot(bfqd->queue))
3984                          /*
3985                           * give same worst-case guarantees as idling
3986                           * for seeky
3987                           */
3988                         *delta_ms = BFQ_MIN_TT / NSEC_PER_MSEC;
3989                 else /* charge at least one seek */
3990                         *delta_ms = bfq_slice_idle / NSEC_PER_MSEC;
3991
3992                 return slow;
3993         }
3994
3995         *delta_ms = delta_usecs / USEC_PER_MSEC;
3996
3997         /*
3998          * Use only long (> 20ms) intervals to filter out excessive
3999          * spikes in service rate estimation.
4000          */
4001         if (delta_usecs > 20000) {
4002                 /*
4003                  * Caveat for rotational devices: processes doing I/O
4004                  * in the slower disk zones tend to be slow(er) even
4005                  * if not seeky. In this respect, the estimated peak
4006                  * rate is likely to be an average over the disk
4007                  * surface. Accordingly, to not be too harsh with
4008                  * unlucky processes, a process is deemed slow only if
4009                  * its rate has been lower than half of the estimated
4010                  * peak rate.
4011                  */
4012                 slow = bfqq->entity.service < bfqd->bfq_max_budget / 2;
4013         }
4014
4015         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "bfq_bfqq_is_slow: slow %d", slow);
4016
4017         return slow;
4018 }
4019
4020 /*
4021  * To be deemed as soft real-time, an application must meet two
4022  * requirements. First, the application must not require an average
4023  * bandwidth higher than the approximate bandwidth required to playback or
4024  * record a compressed high-definition video.
4025  * The next function is invoked on the completion of the last request of a
4026  * batch, to compute the next-start time instant, soft_rt_next_start, such
4027  * that, if the next request of the application does not arrive before
4028  * soft_rt_next_start, then the above requirement on the bandwidth is met.
4029  *
4030  * The second requirement is that the request pattern of the application is
4031  * isochronous, i.e., that, after issuing a request or a batch of requests,
4032  * the application stops issuing new requests until all its pending requests
4033  * have been completed. After that, the application may issue a new batch,
4034  * and so on.
4035  * For this reason the next function is invoked to compute
4036  * soft_rt_next_start only for applications that meet this requirement,
4037  * whereas soft_rt_next_start is set to infinity for applications that do
4038  * not.
4039  *
4040  * Unfortunately, even a greedy (i.e., I/O-bound) application may
4041  * happen to meet, occasionally or systematically, both the above
4042  * bandwidth and isochrony requirements. This may happen at least in
4043  * the following circumstances. First, if the CPU load is high. The
4044  * application may stop issuing requests while the CPUs are busy
4045  * serving other processes, then restart, then stop again for a while,
4046  * and so on. The other circumstances are related to the storage
4047  * device: the storage device is highly loaded or reaches a low-enough
4048  * throughput with the I/O of the application (e.g., because the I/O
4049  * is random and/or the device is slow). In all these cases, the
4050  * I/O of the application may be simply slowed down enough to meet
4051  * the bandwidth and isochrony requirements. To reduce the probability
4052  * that greedy applications are deemed as soft real-time in these
4053  * corner cases, a further rule is used in the computation of
4054  * soft_rt_next_start: the return value of this function is forced to
4055  * be higher than the maximum between the following two quantities.
4056  *
4057  * (a) Current time plus: (1) the maximum time for which the arrival
4058  *     of a request is waited for when a sync queue becomes idle,
4059  *     namely bfqd->bfq_slice_idle, and (2) a few extra jiffies. We
4060  *     postpone for a moment the reason for adding a few extra
4061  *     jiffies; we get back to it after next item (b).  Lower-bounding
4062  *     the return value of this function with the current time plus
4063  *     bfqd->bfq_slice_idle tends to filter out greedy applications,
4064  *     because the latter issue their next request as soon as possible
4065  *     after the last one has been completed. In contrast, a soft
4066  *     real-time application spends some time processing data, after a
4067  *     batch of its requests has been completed.
4068  *
4069  * (b) Current value of bfqq->soft_rt_next_start. As pointed out
4070  *     above, greedy applications may happen to meet both the
4071  *     bandwidth and isochrony requirements under heavy CPU or
4072  *     storage-device load. In more detail, in these scenarios, these
4073  *     applications happen, only for limited time periods, to do I/O
4074  *     slowly enough to meet all the requirements described so far,
4075  *     including the filtering in above item (a). These slow-speed
4076  *     time intervals are usually interspersed between other time
4077  *     intervals during which these applications do I/O at a very high
4078  *     speed. Fortunately, exactly because of the high speed of the
4079  *     I/O in the high-speed intervals, the values returned by this
4080  *     function happen to be so high, near the end of any such
4081  *     high-speed interval, to be likely to fall *after* the end of
4082  *     the low-speed time interval that follows. These high values are
4083  *     stored in bfqq->soft_rt_next_start after each invocation of
4084  *     this function. As a consequence, if the last value of
4085  *     bfqq->soft_rt_next_start is constantly used to lower-bound the
4086  *     next value that this function may return, then, from the very
4087  *     beginning of a low-speed interval, bfqq->soft_rt_next_start is
4088  *     likely to be constantly kept so high that any I/O request
4089  *     issued during the low-speed interval is considered as arriving
4090  *     to soon for the application to be deemed as soft
4091  *     real-time. Then, in the high-speed interval that follows, the
4092  *     application will not be deemed as soft real-time, just because
4093  *     it will do I/O at a high speed. And so on.
4094  *
4095  * Getting back to the filtering in item (a), in the following two
4096  * cases this filtering might be easily passed by a greedy
4097  * application, if the reference quantity was just
4098  * bfqd->bfq_slice_idle:
4099  * 1) HZ is so low that the duration of a jiffy is comparable to or
4100  *    higher than bfqd->bfq_slice_idle. This happens, e.g., on slow
4101  *    devices with HZ=100. The time granularity may be so coarse
4102  *    that the approximation, in jiffies, of bfqd->bfq_slice_idle
4103  *    is rather lower than the exact value.
4104  * 2) jiffies, instead of increasing at a constant rate, may stop increasing
4105  *    for a while, then suddenly 'jump' by several units to recover the lost
4106  *    increments. This seems to happen, e.g., inside virtual machines.
4107  * To address this issue, in the filtering in (a) we do not use as a
4108  * reference time interval just bfqd->bfq_slice_idle, but
4109  * bfqd->bfq_slice_idle plus a few jiffies. In particular, we add the
4110  * minimum number of jiffies for which the filter seems to be quite
4111  * precise also in embedded systems and KVM/QEMU virtual machines.
4112  */
4113 static unsigned long bfq_bfqq_softrt_next_start(struct bfq_data *bfqd,
4114                                                 struct bfq_queue *bfqq)
4115 {
4116         return max3(bfqq->soft_rt_next_start,
4117                     bfqq->last_idle_bklogged +
4118                     HZ * bfqq->service_from_backlogged /
4119                     bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate,
4120                     jiffies + nsecs_to_jiffies(bfqq->bfqd->bfq_slice_idle) + 4);
4121 }
4122
4123 /**
4124  * bfq_bfqq_expire - expire a queue.
4125  * @bfqd: device owning the queue.
4126  * @bfqq: the queue to expire.
4127  * @compensate: if true, compensate for the time spent idling.
4128  * @reason: the reason causing the expiration.
4129  *
4130  * If the process associated with bfqq does slow I/O (e.g., because it
4131  * issues random requests), we charge bfqq with the time it has been
4132  * in service instead of the service it has received (see
4133  * bfq_bfqq_charge_time for details on how this goal is achieved). As
4134  * a consequence, bfqq will typically get higher timestamps upon
4135  * reactivation, and hence it will be rescheduled as if it had
4136  * received more service than what it has actually received. In the
4137  * end, bfqq receives less service in proportion to how slowly its
4138  * associated process consumes its budgets (and hence how seriously it
4139  * tends to lower the throughput). In addition, this time-charging
4140  * strategy guarantees time fairness among slow processes. In
4141  * contrast, if the process associated with bfqq is not slow, we
4142  * charge bfqq exactly with the service it has received.
4143  *
4144  * Charging time to the first type of queues and the exact service to
4145  * the other has the effect of using the WF2Q+ policy to schedule the
4146  * former on a timeslice basis, without violating service domain
4147  * guarantees among the latter.
4148  */
4149 void bfq_bfqq_expire(struct bfq_data *bfqd,
4150                      struct bfq_queue *bfqq,
4151                      bool compensate,
4152                      enum bfqq_expiration reason)
4153 {
4154         bool slow;
4155         unsigned long delta = 0;
4156         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
4157
4158         /*
4159          * Check whether the process is slow (see bfq_bfqq_is_slow).
4160          */
4161         slow = bfq_bfqq_is_slow(bfqd, bfqq, compensate, reason, &delta);
4162
4163         /*
4164          * As above explained, charge slow (typically seeky) and
4165          * timed-out queues with the time and not the service
4166          * received, to favor sequential workloads.
4167          *
4168          * Processes doing I/O in the slower disk zones will tend to
4169          * be slow(er) even if not seeky. Therefore, since the
4170          * estimated peak rate is actually an average over the disk
4171          * surface, these processes may timeout just for bad luck. To
4172          * avoid punishing them, do not charge time to processes that
4173          * succeeded in consuming at least 2/3 of their budget. This
4174          * allows BFQ to preserve enough elasticity to still perform
4175          * bandwidth, and not time, distribution with little unlucky
4176          * or quasi-sequential processes.
4177          */
4178         if (bfqq->wr_coeff == 1 &&
4179             (slow ||
4180              (reason == BFQQE_BUDGET_TIMEOUT &&
4181               bfq_bfqq_budget_left(bfqq) >=  entity->budget / 3)))
4182                 bfq_bfqq_charge_time(bfqd, bfqq, delta);
4183
4184         if (bfqd->low_latency && bfqq->wr_coeff == 1)
4185                 bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
4186
4187         if (bfqd->low_latency && bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate > 0 &&
4188             RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list)) {
4189                 /*
4190                  * If we get here, and there are no outstanding
4191                  * requests, then the request pattern is isochronous
4192                  * (see the comments on the function
4193                  * bfq_bfqq_softrt_next_start()). Therefore we can
4194                  * compute soft_rt_next_start.
4195                  *
4196                  * If, instead, the queue still has outstanding
4197                  * requests, then we have to wait for the completion
4198                  * of all the outstanding requests to discover whether
4199                  * the request pattern is actually isochronous.
4200                  */
4201                 if (bfqq->dispatched == 0)
4202                         bfqq->soft_rt_next_start =
4203                                 bfq_bfqq_softrt_next_start(bfqd, bfqq);
4204                 else if (bfqq->dispatched > 0) {
4205                         /*
4206                          * Schedule an update of soft_rt_next_start to when
4207                          * the task may be discovered to be isochronous.
4208                          */
4209                         bfq_mark_bfqq_softrt_update(bfqq);
4210                 }
4211         }
4212
4213         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq,
4214                 "expire (%d, slow %d, num_disp %d, short_ttime %d)", reason,
4215                 slow, bfqq->dispatched, bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq));
4216
4217         /*
4218          * bfqq expired, so no total service time needs to be computed
4219          * any longer: reset state machine for measuring total service
4220          * times.
4221          */
4222         bfqd->rqs_injected = bfqd->wait_dispatch = false;
4223         bfqd->waited_rq = NULL;
4224
4225         /*
4226          * Increase, decrease or leave budget unchanged according to
4227          * reason.
4228          */
4229         __bfq_bfqq_recalc_budget(bfqd, bfqq, reason);
4230         if (__bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, reason))
4231                 /* bfqq is gone, no more actions on it */
4232                 return;
4233
4234         /* mark bfqq as waiting a request only if a bic still points to it */
4235         if (!bfq_bfqq_busy(bfqq) &&
4236             reason != BFQQE_BUDGET_TIMEOUT &&
4237             reason != BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED) {
4238                 bfq_mark_bfqq_non_blocking_wait_rq(bfqq);
4239                 /*
4240                  * Not setting service to 0, because, if the next rq
4241                  * arrives in time, the queue will go on receiving
4242                  * service with this same budget (as if it never expired)
4243                  */
4244         } else
4245                 entity->service = 0;
4246
4247         /*
4248          * Reset the received-service counter for every parent entity.
4249          * Differently from what happens with bfqq->entity.service,
4250          * the resetting of this counter never needs to be postponed
4251          * for parent entities. In fact, in case bfqq may have a
4252          * chance to go on being served using the last, partially
4253          * consumed budget, bfqq->entity.service needs to be kept,
4254          * because if bfqq then actually goes on being served using
4255          * the same budget, the last value of bfqq->entity.service is
4256          * needed to properly decrement bfqq->entity.budget by the
4257          * portion already consumed. In contrast, it is not necessary
4258          * to keep entity->service for parent entities too, because
4259          * the bubble up of the new value of bfqq->entity.budget will
4260          * make sure that the budgets of parent entities are correct,
4261          * even in case bfqq and thus parent entities go on receiving
4262          * service with the same budget.
4263          */
4264         entity = entity->parent;
4265         for_each_entity(entity)
4266                 entity->service = 0;
4267 }
4268
4269 /*
4270  * Budget timeout is not implemented through a dedicated timer, but
4271  * just checked on request arrivals and completions, as well as on
4272  * idle timer expirations.
4273  */
4274 static bool bfq_bfqq_budget_timeout(struct bfq_queue *bfqq)
4275 {
4276         return time_is_before_eq_jiffies(bfqq->budget_timeout);
4277 }
4278
4279 /*
4280  * If we expire a queue that is actively waiting (i.e., with the
4281  * device idled) for the arrival of a new request, then we may incur
4282  * the timestamp misalignment problem described in the body of the
4283  * function __bfq_activate_entity. Hence we return true only if this
4284  * condition does not hold, or if the queue is slow enough to deserve
4285  * only to be kicked off for preserving a high throughput.
4286  */
4287 static bool bfq_may_expire_for_budg_timeout(struct bfq_queue *bfqq)
4288 {
4289         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq,
4290                 "may_budget_timeout: wait_request %d left %d timeout %d",
4291                 bfq_bfqq_wait_request(bfqq),
4292                         bfq_bfqq_budget_left(bfqq) >=  bfqq->entity.budget / 3,
4293                 bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq));
4294
4295         return (!bfq_bfqq_wait_request(bfqq) ||
4296                 bfq_bfqq_budget_left(bfqq) >=  bfqq->entity.budget / 3)
4297                 &&
4298                 bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq);
4299 }
4300
4301 static bool idling_boosts_thr_without_issues(struct bfq_data *bfqd,
4302                                              struct bfq_queue *bfqq)
4303 {
4304         bool rot_without_queueing =
4305                 !blk_queue_nonrot(bfqd->queue) && !bfqd->hw_tag,
4306                 bfqq_sequential_and_IO_bound,
4307                 idling_boosts_thr;
4308
4309         /* No point in idling for bfqq if it won't get requests any longer */
4310         if (unlikely(!bfqq_process_refs(bfqq)))
4311                 return false;
4312
4313         bfqq_sequential_and_IO_bound = !BFQQ_SEEKY(bfqq) &&
4314                 bfq_bfqq_IO_bound(bfqq) && bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
4315
4316         /*
4317          * The next variable takes into account the cases where idling
4318          * boosts the throughput.
4319          *
4320          * The value of the variable is computed considering, first, that
4321          * idling is virtually always beneficial for the throughput if:
4322          * (a) the device is not NCQ-capable and rotational, or
4323          * (b) regardless of the presence of NCQ, the device is rotational and
4324          *     the request pattern for bfqq is I/O-bound and sequential, or
4325          * (c) regardless of whether it is rotational, the device is
4326          *     not NCQ-capable and the request pattern for bfqq is
4327          *     I/O-bound and sequential.
4328          *
4329          * Secondly, and in contrast to the above item (b), idling an
4330          * NCQ-capable flash-based device would not boost the
4331          * throughput even with sequential I/O; rather it would lower
4332          * the throughput in proportion to how fast the device
4333          * is. Accordingly, the next variable is true if any of the
4334          * above conditions (a), (b) or (c) is true, and, in
4335          * particular, happens to be false if bfqd is an NCQ-capable
4336          * flash-based device.
4337          */
4338         idling_boosts_thr = rot_without_queueing ||
4339                 ((!blk_queue_nonrot(bfqd->queue) || !bfqd->hw_tag) &&
4340                  bfqq_sequential_and_IO_bound);
4341
4342         /*
4343          * The return value of this function is equal to that of
4344          * idling_boosts_thr, unless a special case holds. In this
4345          * special case, described below, idling may cause problems to
4346          * weight-raised queues.
4347          *
4348          * When the request pool is saturated (e.g., in the presence
4349          * of write hogs), if the processes associated with
4350          * non-weight-raised queues ask for requests at a lower rate,
4351          * then processes associated with weight-raised queues have a
4352          * higher probability to get a request from the pool
4353          * immediately (or at least soon) when they need one. Thus
4354          * they have a higher probability to actually get a fraction
4355          * of the device throughput proportional to their high
4356          * weight. This is especially true with NCQ-capable drives,
4357          * which enqueue several requests in advance, and further
4358          * reorder internally-queued requests.
4359          *
4360          * For this reason, we force to false the return value if
4361          * there are weight-raised busy queues. In this case, and if
4362          * bfqq is not weight-raised, this guarantees that the device
4363          * is not idled for bfqq (if, instead, bfqq is weight-raised,
4364          * then idling will be guaranteed by another variable, see
4365          * below). Combined with the timestamping rules of BFQ (see
4366          * [1] for details), this behavior causes bfqq, and hence any
4367          * sync non-weight-raised queue, to get a lower number of
4368          * requests served, and thus to ask for a lower number of
4369          * requests from the request pool, before the busy
4370          * weight-raised queues get served again. This often mitigates
4371          * starvation problems in the presence of heavy write
4372          * workloads and NCQ, thereby guaranteeing a higher
4373          * application and system responsiveness in these hostile
4374          * scenarios.
4375          */
4376         return idling_boosts_thr &&
4377                 bfqd->wr_busy_queues == 0;
4378 }
4379
4380 /*
4381  * For a queue that becomes empty, device idling is allowed only if
4382  * this function returns true for that queue. As a consequence, since
4383  * device idling plays a critical role for both throughput boosting
4384  * and service guarantees, the return value of this function plays a
4385  * critical role as well.
4386  *
4387  * In a nutshell, this function returns true only if idling is
4388  * beneficial for throughput or, even if detrimental for throughput,
4389  * idling is however necessary to preserve service guarantees (low
4390  * latency, desired throughput distribution, ...). In particular, on
4391  * NCQ-capable devices, this function tries to return false, so as to
4392  * help keep the drives' internal queues full, whenever this helps the
4393  * device boost the throughput without causing any service-guarantee
4394  * issue.
4395  *
4396  * Most of the issues taken into account to get the return value of
4397  * this function are not trivial. We discuss these issues in the two
4398  * functions providing the main pieces of information needed by this
4399  * function.
4400  */
4401 static bool bfq_better_to_idle(struct bfq_queue *bfqq)
4402 {
4403         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
4404         bool idling_boosts_thr_with_no_issue, idling_needed_for_service_guar;
4405
4406         /* No point in idling for bfqq if it won't get requests any longer */
4407         if (unlikely(!bfqq_process_refs(bfqq)))
4408                 return false;
4409
4410         if (unlikely(bfqd->strict_guarantees))
4411                 return true;
4412
4413         /*
4414          * Idling is performed only if slice_idle > 0. In addition, we
4415          * do not idle if
4416          * (a) bfqq is async
4417          * (b) bfqq is in the idle io prio class: in this case we do
4418          * not idle because we want to minimize the bandwidth that
4419          * queues in this class can steal to higher-priority queues
4420          */
4421         if (bfqd->bfq_slice_idle == 0 || !bfq_bfqq_sync(bfqq) ||
4422            bfq_class_idle(bfqq))
4423                 return false;
4424
4425         idling_boosts_thr_with_no_issue =
4426                 idling_boosts_thr_without_issues(bfqd, bfqq);
4427
4428         idling_needed_for_service_guar =
4429                 idling_needed_for_service_guarantees(bfqd, bfqq);
4430
4431         /*
4432          * We have now the two components we need to compute the
4433          * return value of the function, which is true only if idling
4434          * either boosts the throughput (without issues), or is
4435          * necessary to preserve service guarantees.
4436          */
4437         return idling_boosts_thr_with_no_issue ||
4438                 idling_needed_for_service_guar;
4439 }
4440
4441 /*
4442  * If the in-service queue is empty but the function bfq_better_to_idle
4443  * returns true, then:
4444  * 1) the queue must remain in service and cannot be expired, and
4445  * 2) the device must be idled to wait for the possible arrival of a new
4446  *    request for the queue.
4447  * See the comments on the function bfq_better_to_idle for the reasons
4448  * why performing device idling is the best choice to boost the throughput
4449  * and preserve service guarantees when bfq_better_to_idle itself
4450  * returns true.
4451  */
4452 static bool bfq_bfqq_must_idle(struct bfq_queue *bfqq)
4453 {
4454         return RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) && bfq_better_to_idle(bfqq);
4455 }
4456
4457 /*
4458  * This function chooses the queue from which to pick the next extra
4459  * I/O request to inject, if it finds a compatible queue. See the
4460  * comments on bfq_update_inject_limit() for details on the injection
4461  * mechanism, and for the definitions of the quantities mentioned
4462  * below.
4463  */
4464 static struct bfq_queue *
4465 bfq_choose_bfqq_for_injection(struct bfq_data *bfqd)
4466 {
4467         struct bfq_queue *bfqq, *in_serv_bfqq = bfqd->in_service_queue;
4468         unsigned int limit = in_serv_bfqq->inject_limit;
4469         /*
4470          * If
4471          * - bfqq is not weight-raised and therefore does not carry
4472          *   time-critical I/O,
4473          * or
4474          * - regardless of whether bfqq is weight-raised, bfqq has
4475          *   however a long think time, during which it can absorb the
4476          *   effect of an appropriate number of extra I/O requests
4477          *   from other queues (see bfq_update_inject_limit for
4478          *   details on the computation of this number);
4479          * then injection can be performed without restrictions.
4480          */
4481         bool in_serv_always_inject = in_serv_bfqq->wr_coeff == 1 ||
4482                 !bfq_bfqq_has_short_ttime(in_serv_bfqq);
4483
4484         /*
4485          * If
4486          * - the baseline total service time could not be sampled yet,
4487          *   so the inject limit happens to be still 0, and
4488          * - a lot of time has elapsed since the plugging of I/O
4489          *   dispatching started, so drive speed is being wasted
4490          *   significantly;
4491          * then temporarily raise inject limit to one request.
4492          */
4493         if (limit == 0 && in_serv_bfqq->last_serv_time_ns == 0 &&
4494             bfq_bfqq_wait_request(in_serv_bfqq) &&
4495             time_is_before_eq_jiffies(bfqd->last_idling_start_jiffies +
4496                                       bfqd->bfq_slice_idle)
4497                 )
4498                 limit = 1;
4499
4500         if (bfqd->rq_in_driver >= limit)
4501                 return NULL;
4502
4503         /*
4504          * Linear search of the source queue for injection; but, with
4505          * a high probability, very few steps are needed to find a
4506          * candidate queue, i.e., a queue with enough budget left for
4507          * its next request. In fact:
4508          * - BFQ dynamically updates the budget of every queue so as
4509          *   to accommodate the expected backlog of the queue;
4510          * - if a queue gets all its requests dispatched as injected
4511          *   service, then the queue is removed from the active list
4512          *   (and re-added only if it gets new requests, but then it
4513          *   is assigned again enough budget for its new backlog).
4514          */
4515         list_for_each_entry(bfqq, &bfqd->active_list, bfqq_list)
4516                 if (!RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) &&
4517                     (in_serv_always_inject || bfqq->wr_coeff > 1) &&
4518                     bfq_serv_to_charge(bfqq->next_rq, bfqq) <=
4519                     bfq_bfqq_budget_left(bfqq)) {
4520                         /*
4521                          * Allow for only one large in-flight request
4522                          * on non-rotational devices, for the
4523                          * following reason. On non-rotationl drives,
4524                          * large requests take much longer than
4525                          * smaller requests to be served. In addition,
4526                          * the drive prefers to serve large requests
4527                          * w.r.t. to small ones, if it can choose. So,
4528                          * having more than one large requests queued
4529                          * in the drive may easily make the next first
4530                          * request of the in-service queue wait for so
4531                          * long to break bfqq's service guarantees. On
4532                          * the bright side, large requests let the
4533                          * drive reach a very high throughput, even if
4534                          * there is only one in-flight large request
4535                          * at a time.
4536                          */
4537                         if (blk_queue_nonrot(bfqd->queue) &&
4538                             blk_rq_sectors(bfqq->next_rq) >=
4539                             BFQQ_SECT_THR_NONROT)
4540                                 limit = min_t(unsigned int, 1, limit);
4541                         else
4542                                 limit = in_serv_bfqq->inject_limit;
4543
4544                         if (bfqd->rq_in_driver < limit) {
4545                                 bfqd->rqs_injected = true;
4546                                 return bfqq;
4547                         }
4548                 }
4549
4550         return NULL;
4551 }
4552
4553 /*
4554  * Select a queue for service.  If we have a current queue in service,
4555  * check whether to continue servicing it, or retrieve and set a new one.
4556  */
4557 static struct bfq_queue *bfq_select_queue(struct bfq_data *bfqd)
4558 {
4559         struct bfq_queue *bfqq;
4560         struct request *next_rq;
4561         enum bfqq_expiration reason = BFQQE_BUDGET_TIMEOUT;
4562
4563         bfqq = bfqd->in_service_queue;
4564         if (!bfqq)
4565                 goto new_queue;
4566
4567         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "select_queue: already in-service queue");
4568
4569         /*
4570          * Do not expire bfqq for budget timeout if bfqq may be about
4571          * to enjoy device idling. The reason why, in this case, we
4572          * prevent bfqq from expiring is the same as in the comments
4573          * on the case where bfq_bfqq_must_idle() returns true, in
4574          * bfq_completed_request().
4575          */
4576         if (bfq_may_expire_for_budg_timeout(bfqq) &&
4577             !bfq_bfqq_must_idle(bfqq))
4578                 goto expire;
4579
4580 check_queue:
4581         /*
4582          * This loop is rarely executed more than once. Even when it
4583          * happens, it is much more convenient to re-execute this loop
4584          * than to return NULL and trigger a new dispatch to get a
4585          * request served.
4586          */
4587         next_rq = bfqq->next_rq;
4588         /*
4589          * If bfqq has requests queued and it has enough budget left to
4590          * serve them, keep the queue, otherwise expire it.
4591          */
4592         if (next_rq) {
4593                 if (bfq_serv_to_charge(next_rq, bfqq) >
4594                         bfq_bfqq_budget_left(bfqq)) {
4595                         /*
4596                          * Expire the queue for budget exhaustion,
4597                          * which makes sure that the next budget is
4598                          * enough to serve the next request, even if
4599                          * it comes from the fifo expired path.
4600                          */
4601                         reason = BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED;
4602                         goto expire;
4603                 } else {
4604                         /*
4605                          * The idle timer may be pending because we may
4606                          * not disable disk idling even when a new request
4607                          * arrives.
4608                          */
4609                         if (bfq_bfqq_wait_request(bfqq)) {
4610                                 /*
4611                                  * If we get here: 1) at least a new request
4612                                  * has arrived but we have not disabled the
4613                                  * timer because the request was too small,
4614                                  * 2) then the block layer has unplugged
4615                                  * the device, causing the dispatch to be
4616                                  * invoked.
4617                                  *
4618                                  * Since the device is unplugged, now the
4619                                  * requests are probably large enough to
4620                                  * provide a reasonable throughput.
4621                                  * So we disable idling.
4622                                  */
4623                                 bfq_clear_bfqq_wait_request(bfqq);
4624                                 hrtimer_try_to_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
4625                         }
4626                         goto keep_queue;
4627                 }
4628         }
4629
4630         /*
4631          * No requests pending. However, if the in-service queue is idling
4632          * for a new request, or has requests waiting for a completion and
4633          * may idle after their completion, then keep it anyway.
4634          *
4635          * Yet, inject service from other queues if it boosts
4636          * throughput and is possible.
4637          */
4638         if (bfq_bfqq_wait_request(bfqq) ||
4639             (bfqq->dispatched != 0 && bfq_better_to_idle(bfqq))) {
4640                 struct bfq_queue *async_bfqq =
4641                         bfqq->bic && bfqq->bic->bfqq[0] &&
4642                         bfq_bfqq_busy(bfqq->bic->bfqq[0]) &&
4643                         bfqq->bic->bfqq[0]->next_rq ?
4644                         bfqq->bic->bfqq[0] : NULL;
4645                 struct bfq_queue *blocked_bfqq =
4646                         !hlist_empty(&bfqq->woken_list) ?
4647                         container_of(bfqq->woken_list.first,
4648                                      struct bfq_queue,
4649                                      woken_list_node)
4650                         : NULL;
4651
4652                 /*
4653                  * The next four mutually-exclusive ifs decide
4654                  * whether to try injection, and choose the queue to
4655                  * pick an I/O request from.
4656                  *
4657                  * The first if checks whether the process associated
4658                  * with bfqq has also async I/O pending. If so, it
4659                  * injects such I/O unconditionally. Injecting async
4660                  * I/O from the same process can cause no harm to the
4661                  * process. On the contrary, it can only increase
4662                  * bandwidth and reduce latency for the process.
4663                  *
4664                  * The second if checks whether there happens to be a
4665                  * non-empty waker queue for bfqq, i.e., a queue whose
4666                  * I/O needs to be completed for bfqq to receive new
4667                  * I/O. This happens, e.g., if bfqq is associated with
4668                  * a process that does some sync. A sync generates
4669                  * extra blocking I/O, which must be completed before
4670                  * the process associated with bfqq can go on with its
4671                  * I/O. If the I/O of the waker queue is not served,
4672                  * then bfqq remains empty, and no I/O is dispatched,
4673                  * until the idle timeout fires for bfqq. This is
4674                  * likely to result in lower bandwidth and higher
4675                  * latencies for bfqq, and in a severe loss of total
4676                  * throughput. The best action to take is therefore to
4677                  * serve the waker queue as soon as possible. So do it
4678                  * (without relying on the third alternative below for
4679                  * eventually serving waker_bfqq's I/O; see the last
4680                  * paragraph for further details). This systematic
4681                  * injection of I/O from the waker queue does not
4682                  * cause any delay to bfqq's I/O. On the contrary,
4683                  * next bfqq's I/O is brought forward dramatically,
4684                  * for it is not blocked for milliseconds.
4685                  *
4686                  * The third if checks whether there is a queue woken
4687                  * by bfqq, and currently with pending I/O. Such a
4688                  * woken queue does not steal bandwidth from bfqq,
4689                  * because it remains soon without I/O if bfqq is not
4690                  * served. So there is virtually no risk of loss of
4691                  * bandwidth for bfqq if this woken queue has I/O
4692                  * dispatched while bfqq is waiting for new I/O.
4693                  *
4694                  * The fourth if checks whether bfqq is a queue for
4695                  * which it is better to avoid injection. It is so if
4696                  * bfqq delivers more throughput when served without
4697                  * any further I/O from other queues in the middle, or
4698                  * if the service times of bfqq's I/O requests both
4699                  * count more than overall throughput, and may be
4700                  * easily increased by injection (this happens if bfqq
4701                  * has a short think time). If none of these
4702                  * conditions holds, then a candidate queue for
4703                  * injection is looked for through
4704                  * bfq_choose_bfqq_for_injection(). Note that the
4705                  * latter may return NULL (for example if the inject
4706                  * limit for bfqq is currently 0).
4707                  *
4708                  * NOTE: motivation for the second alternative
4709                  *
4710                  * Thanks to the way the inject limit is updated in
4711                  * bfq_update_has_short_ttime(), it is rather likely
4712                  * that, if I/O is being plugged for bfqq and the
4713                  * waker queue has pending I/O requests that are
4714                  * blocking bfqq's I/O, then the fourth alternative
4715                  * above lets the waker queue get served before the
4716                  * I/O-plugging timeout fires. So one may deem the
4717                  * second alternative superfluous. It is not, because
4718                  * the fourth alternative may be way less effective in
4719                  * case of a synchronization. For two main
4720                  * reasons. First, throughput may be low because the
4721                  * inject limit may be too low to guarantee the same
4722                  * amount of injected I/O, from the waker queue or
4723                  * other queues, that the second alternative
4724                  * guarantees (the second alternative unconditionally
4725                  * injects a pending I/O request of the waker queue
4726                  * for each bfq_dispatch_request()). Second, with the
4727                  * fourth alternative, the duration of the plugging,
4728                  * i.e., the time before bfqq finally receives new I/O,
4729                  * may not be minimized, because the waker queue may
4730                  * happen to be served only after other queues.
4731                  */
4732                 if (async_bfqq &&
4733                     icq_to_bic(async_bfqq->next_rq->elv.icq) == bfqq->bic &&
4734                     bfq_serv_to_charge(async_bfqq->next_rq, async_bfqq) <=
4735                     bfq_bfqq_budget_left(async_bfqq))
4736                         bfqq = bfqq->bic->bfqq[0];
4737                 else if (bfqq->waker_bfqq &&
4738                            bfq_bfqq_busy(bfqq->waker_bfqq) &&
4739                            bfqq->waker_bfqq->next_rq &&
4740                            bfq_serv_to_charge(bfqq->waker_bfqq->next_rq,
4741                                               bfqq->waker_bfqq) <=
4742                            bfq_bfqq_budget_left(bfqq->waker_bfqq)
4743                         )
4744                         bfqq = bfqq->waker_bfqq;
4745                 else if (blocked_bfqq &&
4746                            bfq_bfqq_busy(blocked_bfqq) &&
4747                            blocked_bfqq->next_rq &&
4748                            bfq_serv_to_charge(blocked_bfqq->next_rq,
4749                                               blocked_bfqq) <=
4750                            bfq_bfqq_budget_left(blocked_bfqq)
4751                         )
4752                         bfqq = blocked_bfqq;
4753                 else if (!idling_boosts_thr_without_issues(bfqd, bfqq) &&
4754                          (bfqq->wr_coeff == 1 || bfqd->wr_busy_queues > 1 ||
4755                           !bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq)))
4756                         bfqq = bfq_choose_bfqq_for_injection(bfqd);
4757                 else
4758                         bfqq = NULL;
4759
4760                 goto keep_queue;
4761         }
4762
4763         reason = BFQQE_NO_MORE_REQUESTS;
4764 expire:
4765         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false, reason);
4766 new_queue:
4767         bfqq = bfq_set_in_service_queue(bfqd);
4768         if (bfqq) {
4769                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "select_queue: checking new queue");
4770                 goto check_queue;
4771         }
4772 keep_queue:
4773         if (bfqq)
4774                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "select_queue: returned this queue");
4775         else
4776                 bfq_log(bfqd, "select_queue: no queue returned");
4777
4778         return bfqq;
4779 }
4780
4781 static void bfq_update_wr_data(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
4782 {
4783         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
4784
4785         if (bfqq->wr_coeff > 1) { /* queue is being weight-raised */
4786                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq,
4787                         "raising period dur %u/%u msec, old coeff %u, w %d(%d)",
4788                         jiffies_to_msecs(jiffies - bfqq->last_wr_start_finish),
4789                         jiffies_to_msecs(bfqq->wr_cur_max_time),
4790                         bfqq->wr_coeff,
4791                         bfqq->entity.weight, bfqq->entity.orig_weight);
4792
4793                 if (entity->prio_changed)
4794                         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "WARN: pending prio change");
4795
4796                 /*
4797                  * If the queue was activated in a burst, or too much
4798                  * time has elapsed from the beginning of this
4799                  * weight-raising period, then end weight raising.
4800                  */
4801                 if (bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq))
4802                         bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
4803                 else if (time_is_before_jiffies(bfqq->last_wr_start_finish +
4804                                                 bfqq->wr_cur_max_time)) {
4805                         if (bfqq->wr_cur_max_time != bfqd->bfq_wr_rt_max_time ||
4806                         time_is_before_jiffies(bfqq->wr_start_at_switch_to_srt +
4807                                                bfq_wr_duration(bfqd))) {
4808                                 /*
4809                                  * Either in interactive weight
4810                                  * raising, or in soft_rt weight
4811                                  * raising with the
4812                                  * interactive-weight-raising period
4813                                  * elapsed (so no switch back to
4814                                  * interactive weight raising).
4815                                  */
4816                                 bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
4817                         } else { /*
4818                                   * soft_rt finishing while still in
4819                                   * interactive period, switch back to
4820                                   * interactive weight raising
4821                                   */
4822                                 switch_back_to_interactive_wr(bfqq, bfqd);
4823                                 bfqq->entity.prio_changed = 1;
4824                         }
4825                 }
4826                 if (bfqq->wr_coeff > 1 &&
4827                     bfqq->wr_cur_max_time != bfqd->bfq_wr_rt_max_time &&
4828                     bfqq->service_from_wr > max_service_from_wr) {
4829                         /* see comments on max_service_from_wr */
4830                         bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
4831                 }
4832         }
4833         /*
4834          * To improve latency (for this or other queues), immediately
4835          * update weight both if it must be raised and if it must be
4836          * lowered. Since, entity may be on some active tree here, and
4837          * might have a pending change of its ioprio class, invoke
4838          * next function with the last parameter unset (see the
4839          * comments on the function).
4840          */
4841         if ((entity->weight > entity->orig_weight) != (bfqq->wr_coeff > 1))
4842                 __bfq_entity_update_weight_prio(bfq_entity_service_tree(entity),
4843                                                 entity, false);
4844 }
4845
4846 /*
4847  * Dispatch next request from bfqq.
4848  */
4849 static struct request *bfq_dispatch_rq_from_bfqq(struct bfq_data *bfqd,
4850                                                  struct bfq_queue *bfqq)
4851 {
4852         struct request *rq = bfqq->next_rq;
4853         unsigned long service_to_charge;
4854
4855         service_to_charge = bfq_serv_to_charge(rq, bfqq);
4856
4857         bfq_bfqq_served(bfqq, service_to_charge);
4858
4859         if (bfqq == bfqd->in_service_queue && bfqd->wait_dispatch) {
4860                 bfqd->wait_dispatch = false;
4861                 bfqd->waited_rq = rq;
4862         }
4863
4864         bfq_dispatch_remove(bfqd->queue, rq);
4865
4866         if (bfqq != bfqd->in_service_queue)
4867                 goto return_rq;
4868
4869         /*
4870          * If weight raising has to terminate for bfqq, then next
4871          * function causes an immediate update of bfqq's weight,
4872          * without waiting for next activation. As a consequence, on
4873          * expiration, bfqq will be timestamped as if has never been
4874          * weight-raised during this service slot, even if it has
4875          * received part or even most of the service as a
4876          * weight-raised queue. This inflates bfqq's timestamps, which
4877          * is beneficial, as bfqq is then more willing to leave the
4878          * device immediately to possible other weight-raised queues.
4879          */
4880         bfq_update_wr_data(bfqd, bfqq);
4881
4882         /*
4883          * Expire bfqq, pretending that its budget expired, if bfqq
4884          * belongs to CLASS_IDLE and other queues are waiting for
4885          * service.
4886          */
4887         if (!(bfq_tot_busy_queues(bfqd) > 1 && bfq_class_idle(bfqq)))
4888                 goto return_rq;
4889
4890         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false, BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED);
4891
4892 return_rq:
4893         return rq;
4894 }
4895
4896 static bool bfq_has_work(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
4897 {
4898         struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
4899
4900         /*
4901          * Avoiding lock: a race on bfqd->busy_queues should cause at
4902          * most a call to dispatch for nothing
4903          */
4904         return !list_empty_careful(&bfqd->dispatch) ||
4905                 bfq_tot_busy_queues(bfqd) > 0;
4906 }
4907
4908 static struct request *__bfq_dispatch_request(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
4909 {
4910         struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
4911         struct request *rq = NULL;
4912         struct bfq_queue *bfqq = NULL;
4913
4914         if (!list_empty(&bfqd->dispatch)) {
4915                 rq = list_first_entry(&bfqd->dispatch, struct request,
4916                                       queuelist);
4917                 list_del_init(&rq->queuelist);
4918
4919                 bfqq = RQ_BFQQ(rq);
4920
4921                 if (bfqq) {
4922                         /*
4923                          * Increment counters here, because this
4924                          * dispatch does not follow the standard
4925                          * dispatch flow (where counters are
4926                          * incremented)
4927                          */
4928                         bfqq->dispatched++;
4929
4930                         goto inc_in_driver_start_rq;
4931                 }
4932
4933                 /*
4934                  * We exploit the bfq_finish_requeue_request hook to
4935                  * decrement rq_in_driver, but
4936                  * bfq_finish_requeue_request will not be invoked on
4937                  * this request. So, to avoid unbalance, just start
4938                  * this request, without incrementing rq_in_driver. As
4939                  * a negative consequence, rq_in_driver is deceptively
4940                  * lower than it should be while this request is in
4941                  * service. This may cause bfq_schedule_dispatch to be
4942                  * invoked uselessly.
4943                  *
4944                  * As for implementing an exact solution, the
4945                  * bfq_finish_requeue_request hook, if defined, is
4946                  * probably invoked also on this request. So, by
4947                  * exploiting this hook, we could 1) increment
4948                  * rq_in_driver here, and 2) decrement it in
4949                  * bfq_finish_requeue_request. Such a solution would
4950                  * let the value of the counter be always accurate,
4951                  * but it would entail using an extra interface
4952                  * function. This cost seems higher than the benefit,
4953                  * being the frequency of non-elevator-private
4954                  * requests very low.
4955                  */
4956                 goto start_rq;
4957         }
4958
4959         bfq_log(bfqd, "dispatch requests: %d busy queues",
4960                 bfq_tot_busy_queues(bfqd));
4961
4962         if (bfq_tot_busy_queues(bfqd) == 0)
4963                 goto exit;
4964
4965         /*
4966          * Force device to serve one request at a time if
4967          * strict_guarantees is true. Forcing this service scheme is
4968          * currently the ONLY way to guarantee that the request
4969          * service order enforced by the scheduler is respected by a
4970          * queueing device. Otherwise the device is free even to make
4971          * some unlucky request wait for as long as the device
4972          * wishes.
4973          *
4974          * Of course, serving one request at a time may cause loss of
4975          * throughput.
4976          */
4977         if (bfqd->strict_guarantees && bfqd->rq_in_driver > 0)
4978                 goto exit;
4979
4980         bfqq = bfq_select_queue(bfqd);
4981         if (!bfqq)
4982                 goto exit;
4983
4984         rq = bfq_dispatch_rq_from_bfqq(bfqd, bfqq);
4985
4986         if (rq) {
4987 inc_in_driver_start_rq:
4988                 bfqd->rq_in_driver++;
4989 start_rq:
4990                 rq->rq_flags |= RQF_STARTED;
4991         }
4992 exit:
4993         return rq;
4994 }
4995
4996 #ifdef CONFIG_BFQ_CGROUP_DEBUG
4997 static void bfq_update_dispatch_stats(struct request_queue *q,
4998                                       struct request *rq,
4999                                       struct bfq_queue *in_serv_queue,
5000                                       bool idle_timer_disabled)
5001 {
5002         struct bfq_queue *bfqq = rq ? RQ_BFQQ(rq) : NULL;
5003
5004         if (!idle_timer_disabled && !bfqq)
5005                 return;
5006
5007         /*
5008          * rq and bfqq are guaranteed to exist until this function
5009          * ends, for the following reasons. First, rq can be
5010          * dispatched to the device, and then can be completed and
5011          * freed, only after this function ends. Second, rq cannot be
5012          * merged (and thus freed because of a merge) any longer,
5013          * because it has already started. Thus rq cannot be freed
5014          * before this function ends, and, since rq has a reference to
5015          * bfqq, the same guarantee holds for bfqq too.
5016          *
5017          * In addition, the following queue lock guarantees that
5018          * bfqq_group(bfqq) exists as well.
5019          */
5020         spin_lock_irq(&q->queue_lock);
5021         if (idle_timer_disabled)
5022                 /*
5023                  * Since the idle timer has been disabled,
5024                  * in_serv_queue contained some request when
5025                  * __bfq_dispatch_request was invoked above, which
5026                  * implies that rq was picked exactly from
5027                  * in_serv_queue. Thus in_serv_queue == bfqq, and is
5028                  * therefore guaranteed to exist because of the above
5029                  * arguments.
5030                  */
5031                 bfqg_stats_update_idle_time(bfqq_group(in_serv_queue));
5032         if (bfqq) {
5033                 struct bfq_group *bfqg = bfqq_group(bfqq);
5034
5035                 bfqg_stats_update_avg_queue_size(bfqg);
5036                 bfqg_stats_set_start_empty_time(bfqg);
5037                 bfqg_stats_update_io_remove(bfqg, rq->cmd_flags);
5038         }
5039         spin_unlock_irq(&q->queue_lock);
5040 }
5041 #else
5042 static inline void bfq_update_dispatch_stats(struct request_queue *q,
5043                                              struct request *rq,
5044                                              struct bfq_queue *in_serv_queue,
5045                                              bool idle_timer_disabled) {}
5046 #endif /* CONFIG_BFQ_CGROUP_DEBUG */
5047
5048 static struct request *bfq_dispatch_request(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
5049 {
5050         struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
5051         struct request *rq;
5052         struct bfq_queue *in_serv_queue;
5053         bool waiting_rq, idle_timer_disabled;
5054
5055         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
5056
5057         in_serv_queue = bfqd->in_service_queue;
5058         waiting_rq = in_serv_queue && bfq_bfqq_wait_request(in_serv_queue);
5059
5060         rq = __bfq_dispatch_request(hctx);
5061
5062         idle_timer_disabled =
5063                 waiting_rq && !bfq_bfqq_wait_request(in_serv_queue);
5064
5065         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
5066
5067         bfq_update_dispatch_stats(hctx->queue, rq, in_serv_queue,
5068                                   idle_timer_disabled);
5069
5070         return rq;
5071 }
5072
5073 /*
5074  * Task holds one reference to the queue, dropped when task exits.  Each rq
5075  * in-flight on this queue also holds a reference, dropped when rq is freed.
5076  *
5077  * Scheduler lock must be held here. Recall not to use bfqq after calling
5078  * this function on it.
5079  */
5080 void bfq_put_queue(struct bfq_queue *bfqq)
5081 {
5082         struct bfq_queue *item;
5083         struct hlist_node *n;
5084         struct bfq_group *bfqg = bfqq_group(bfqq);
5085
5086         if (bfqq->bfqd)
5087                 bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "put_queue: %p %d",
5088                              bfqq, bfqq->ref);
5089
5090         bfqq->ref--;
5091         if (bfqq->ref)
5092                 return;
5093
5094         if (!hlist_unhashed(&bfqq->burst_list_node)) {
5095                 hlist_del_init(&bfqq->burst_list_node);
5096                 /*
5097                  * Decrement also burst size after the removal, if the
5098                  * process associated with bfqq is exiting, and thus
5099                  * does not contribute to the burst any longer. This
5100                  * decrement helps filter out false positives of large
5101                  * bursts, when some short-lived process (often due to
5102                  * the execution of commands by some service) happens
5103                  * to start and exit while a complex application is
5104                  * starting, and thus spawning several processes that
5105                  * do I/O (and that *must not* be treated as a large
5106                  * burst, see comments on bfq_handle_burst).
5107                  *
5108                  * In particular, the decrement is performed only if:
5109                  * 1) bfqq is not a merged queue, because, if it is,
5110                  * then this free of bfqq is not triggered by the exit
5111                  * of the process bfqq is associated with, but exactly
5112                  * by the fact that bfqq has just been merged.
5113                  * 2) burst_size is greater than 0, to handle
5114                  * unbalanced decrements. Unbalanced decrements may
5115                  * happen in te following case: bfqq is inserted into
5116                  * the current burst list--without incrementing
5117                  * bust_size--because of a split, but the current
5118                  * burst list is not the burst list bfqq belonged to
5119                  * (see comments on the case of a split in
5120                  * bfq_set_request).
5121                  */
5122                 if (bfqq->bic && bfqq->bfqd->burst_size > 0)
5123                         bfqq->bfqd->burst_size--;
5124         }
5125
5126         /*
5127          * bfqq does not exist any longer, so it cannot be woken by
5128          * any other queue, and cannot wake any other queue. Then bfqq
5129          * must be removed from the woken list of its possible waker
5130          * queue, and all queues in the woken list of bfqq must stop
5131          * having a waker queue. Strictly speaking, these updates
5132          * should be performed when bfqq remains with no I/O source
5133          * attached to it, which happens before bfqq gets freed. In
5134          * particular, this happens when the last process associated
5135          * with bfqq exits or gets associated with a different
5136          * queue. However, both events lead to bfqq being freed soon,
5137          * and dangling references would come out only after bfqq gets
5138          * freed. So these updates are done here, as a simple and safe
5139          * way to handle all cases.
5140          */
5141         /* remove bfqq from woken list */
5142         if (!hlist_unhashed(&bfqq->woken_list_node))
5143                 hlist_del_init(&bfqq->woken_list_node);
5144
5145         /* reset waker for all queues in woken list */
5146         hlist_for_each_entry_safe(item, n, &bfqq->woken_list,
5147                                   woken_list_node) {
5148                 item->waker_bfqq = NULL;
5149                 hlist_del_init(&item->woken_list_node);
5150         }
5151
5152         if (bfqq->bfqd && bfqq->bfqd->last_completed_rq_bfqq == bfqq)
5153                 bfqq->bfqd->last_completed_rq_bfqq = NULL;
5154
5155         kmem_cache_free(bfq_pool, bfqq);
5156         bfqg_and_blkg_put(bfqg);
5157 }
5158
5159 static void bfq_put_stable_ref(struct bfq_queue *bfqq)
5160 {
5161         bfqq->stable_ref--;
5162         bfq_put_queue(bfqq);
5163 }
5164
5165 static void bfq_put_cooperator(struct bfq_queue *bfqq)
5166 {
5167         struct bfq_queue *__bfqq, *next;
5168
5169         /*
5170          * If this queue was scheduled to merge with another queue, be
5171          * sure to drop the reference taken on that queue (and others in
5172          * the merge chain). See bfq_setup_merge and bfq_merge_bfqqs.
5173          */
5174         __bfqq = bfqq->new_bfqq;
5175         while (__bfqq) {
5176                 if (__bfqq == bfqq)
5177                         break;
5178                 next = __bfqq->new_bfqq;
5179                 bfq_put_queue(__bfqq);
5180                 __bfqq = next;
5181         }
5182 }
5183
5184 static void bfq_exit_bfqq(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
5185 {
5186         if (bfqq == bfqd->in_service_queue) {
5187                 __bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, BFQQE_BUDGET_TIMEOUT);
5188                 bfq_schedule_dispatch(bfqd);
5189         }
5190
5191         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "exit_bfqq: %p, %d", bfqq, bfqq->ref);
5192
5193         bfq_put_cooperator(bfqq);
5194
5195         bfq_release_process_ref(bfqd, bfqq);
5196 }
5197
5198 static void bfq_exit_icq_bfqq(struct bfq_io_cq *bic, bool is_sync)
5199 {
5200         struct bfq_queue *bfqq = bic_to_bfqq(bic, is_sync);
5201         struct bfq_data *bfqd;
5202
5203         if (bfqq)
5204                 bfqd = bfqq->bfqd; /* NULL if scheduler already exited */
5205
5206         if (bfqq && bfqd) {
5207                 unsigned long flags;
5208
5209                 spin_lock_irqsave(&bfqd->lock, flags);
5210                 bfqq->bic = NULL;
5211                 bfq_exit_bfqq(bfqd, bfqq);
5212                 bic_set_bfqq(bic, NULL, is_sync);
5213                 spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
5214         }
5215 }
5216
5217 static void bfq_exit_icq(struct io_cq *icq)
5218 {
5219         struct bfq_io_cq *bic = icq_to_bic(icq);
5220
5221         if (bic->stable_merge_bfqq) {
5222                 struct bfq_data *bfqd = bic->stable_merge_bfqq->bfqd;
5223
5224                 /*
5225                  * bfqd is NULL if scheduler already exited, and in
5226                  * that case this is the last time bfqq is accessed.
5227                  */
5228                 if (bfqd) {
5229                         unsigned long flags;
5230
5231                         spin_lock_irqsave(&bfqd->lock, flags);
5232                         bfq_put_stable_ref(bic->stable_merge_bfqq);
5233                         spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
5234                 } else {
5235                         bfq_put_stable_ref(bic->stable_merge_bfqq);
5236                 }
5237         }
5238
5239         bfq_exit_icq_bfqq(bic, true);
5240         bfq_exit_icq_bfqq(bic, false);
5241 }
5242
5243 /*
5244  * Update the entity prio values; note that the new values will not
5245  * be used until the next (re)activation.
5246  */
5247 static void
5248 bfq_set_next_ioprio_data(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_io_cq *bic)
5249 {
5250         struct task_struct *tsk = current;
5251         int ioprio_class;
5252         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
5253
5254         if (!bfqd)
5255                 return;
5256
5257         ioprio_class = IOPRIO_PRIO_CLASS(bic->ioprio);
5258         switch (ioprio_class) {
5259         default:
5260                 pr_err("bdi %s: bfq: bad prio class %d\n",
5261                                 bdi_dev_name(bfqq->bfqd->queue->backing_dev_info),
5262                                 ioprio_class);
5263                 fallthrough;
5264         case IOPRIO_CLASS_NONE:
5265                 /*
5266                  * No prio set, inherit CPU scheduling settings.
5267                  */
5268                 bfqq->new_ioprio = task_nice_ioprio(tsk);
5269                 bfqq->new_ioprio_class = task_nice_ioclass(tsk);
5270                 break;
5271         case IOPRIO_CLASS_RT:
5272                 bfqq->new_ioprio = IOPRIO_PRIO_DATA(bic->ioprio);
5273                 bfqq->new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_RT;
5274                 break;
5275         case IOPRIO_CLASS_BE:
5276                 bfqq->new_ioprio = IOPRIO_PRIO_DATA(bic->ioprio);
5277                 bfqq->new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_BE;
5278                 break;
5279         case IOPRIO_CLASS_IDLE:
5280                 bfqq->new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_IDLE;
5281                 bfqq->new_ioprio = 7;
5282                 break;
5283         }
5284
5285         if (bfqq->new_ioprio >= IOPRIO_BE_NR) {
5286                 pr_crit("bfq_set_next_ioprio_data: new_ioprio %d\n",
5287                         bfqq->new_ioprio);
5288                 bfqq->new_ioprio = IOPRIO_BE_NR;
5289         }
5290
5291         bfqq->entity.new_weight = bfq_ioprio_to_weight(bfqq->new_ioprio);
5292         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "new_ioprio %d new_weight %d",
5293                      bfqq->new_ioprio, bfqq->entity.new_weight);
5294         bfqq->entity.prio_changed = 1;
5295 }
5296
5297 static struct bfq_queue *bfq_get_queue(struct bfq_data *bfqd,
5298                                        struct bio *bio, bool is_sync,
5299                                        struct bfq_io_cq *bic,
5300                                        bool respawn);
5301
5302 static void bfq_check_ioprio_change(struct bfq_io_cq *bic, struct bio *bio)
5303 {
5304         struct bfq_data *bfqd = bic_to_bfqd(bic);
5305         struct bfq_queue *bfqq;
5306         int ioprio = bic->icq.ioc->ioprio;
5307
5308         /*
5309          * This condition may trigger on a newly created bic, be sure to
5310          * drop the lock before returning.
5311          */
5312         if (unlikely(!bfqd) || likely(bic->ioprio == ioprio))
5313                 return;
5314
5315         bic->ioprio = ioprio;
5316
5317         bfqq = bic_to_bfqq(bic, false);
5318         if (bfqq) {
5319                 bfq_release_process_ref(bfqd, bfqq);
5320                 bfqq = bfq_get_queue(bfqd, bio, BLK_RW_ASYNC, bic, true);
5321                 bic_set_bfqq(bic, bfqq, false);
5322         }
5323
5324         bfqq = bic_to_bfqq(bic, true);
5325         if (bfqq)
5326                 bfq_set_next_ioprio_data(bfqq, bic);
5327 }
5328
5329 static void bfq_init_bfqq(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
5330                           struct bfq_io_cq *bic, pid_t pid, int is_sync)
5331 {
5332         u64 now_ns = ktime_get_ns();
5333
5334         RB_CLEAR_NODE(&bfqq->entity.rb_node);
5335         INIT_LIST_HEAD(&bfqq->fifo);
5336         INIT_HLIST_NODE(&bfqq->burst_list_node);
5337         INIT_HLIST_NODE(&bfqq->woken_list_node);
5338         INIT_HLIST_HEAD(&bfqq->woken_list);
5339
5340         bfqq->ref = 0;
5341         bfqq->bfqd = bfqd;
5342
5343         if (bic)
5344                 bfq_set_next_ioprio_data(bfqq, bic);
5345
5346         if (is_sync) {
5347                 /*
5348                  * No need to mark as has_short_ttime if in
5349                  * idle_class, because no device idling is performed
5350                  * for queues in idle class
5351                  */
5352                 if (!bfq_class_idle(bfqq))
5353                         /* tentatively mark as has_short_ttime */
5354                         bfq_mark_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
5355                 bfq_mark_bfqq_sync(bfqq);
5356                 bfq_mark_bfqq_just_created(bfqq);
5357         } else
5358                 bfq_clear_bfqq_sync(bfqq);
5359
5360         /* set end request to minus infinity from now */
5361         bfqq->ttime.last_end_request = now_ns + 1;
5362
5363         bfqq->creation_time = jiffies;
5364
5365         bfqq->io_start_time = now_ns;
5366
5367         bfq_mark_bfqq_IO_bound(bfqq);
5368
5369         bfqq->pid = pid;
5370
5371         /* Tentative initial value to trade off between thr and lat */
5372         bfqq->max_budget = (2 * bfq_max_budget(bfqd)) / 3;
5373         bfqq->budget_timeout = bfq_smallest_from_now();
5374
5375         bfqq->wr_coeff = 1;
5376         bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
5377         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt = bfq_smallest_from_now();
5378         bfqq->split_time = bfq_smallest_from_now();
5379
5380         /*
5381          * To not forget the possibly high bandwidth consumed by a
5382          * process/queue in the recent past,
5383          * bfq_bfqq_softrt_next_start() returns a value at least equal
5384          * to the current value of bfqq->soft_rt_next_start (see
5385          * comments on bfq_bfqq_softrt_next_start).  Set
5386          * soft_rt_next_start to now, to mean that bfqq has consumed
5387          * no bandwidth so far.
5388          */
5389         bfqq->soft_rt_next_start = jiffies;
5390
5391         /* first request is almost certainly seeky */
5392         bfqq->seek_history = 1;
5393 }
5394
5395 static struct bfq_queue **bfq_async_queue_prio(struct bfq_data *bfqd,
5396                                                struct bfq_group *bfqg,
5397                                                int ioprio_class, int ioprio)
5398 {
5399         switch (ioprio_class) {
5400         case IOPRIO_CLASS_RT:
5401                 return &bfqg->async_bfqq[0][ioprio];
5402         case IOPRIO_CLASS_NONE:
5403                 ioprio = IOPRIO_NORM;
5404                 fallthrough;
5405         case IOPRIO_CLASS_BE:
5406                 return &bfqg->async_bfqq[1][ioprio];
5407         case IOPRIO_CLASS_IDLE:
5408                 return &bfqg->async_idle_bfqq;
5409         default:
5410                 return NULL;
5411         }
5412 }
5413
5414 static struct bfq_queue *
5415 bfq_do_early_stable_merge(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
5416                           struct bfq_io_cq *bic,
5417                           struct bfq_queue *last_bfqq_created)
5418 {
5419         struct bfq_queue *new_bfqq =
5420                 bfq_setup_merge(bfqq, last_bfqq_created);
5421
5422         if (!new_bfqq)
5423                 return bfqq;
5424
5425         if (new_bfqq->bic)
5426                 new_bfqq->bic->stably_merged = true;
5427         bic->stably_merged = true;
5428
5429         /*
5430          * Reusing merge functions. This implies that
5431          * bfqq->bic must be set too, for
5432          * bfq_merge_bfqqs to correctly save bfqq's
5433          * state before killing it.
5434          */
5435         bfqq->bic = bic;
5436         bfq_merge_bfqqs(bfqd, bic, bfqq, new_bfqq);
5437
5438         return new_bfqq;
5439 }
5440
5441 /*
5442  * Many throughput-sensitive workloads are made of several parallel
5443  * I/O flows, with all flows generated by the same application, or
5444  * more generically by the same task (e.g., system boot). The most
5445  * counterproductive action with these workloads is plugging I/O
5446  * dispatch when one of the bfq_queues associated with these flows
5447  * remains temporarily empty.
5448  *
5449  * To avoid this plugging, BFQ has been using a burst-handling
5450  * mechanism for years now. This mechanism has proven effective for
5451  * throughput, and not detrimental for service guarantees. The
5452  * following function pushes this mechanism a little bit further,
5453  * basing on the following two facts.
5454  *
5455  * First, all the I/O flows of a the same application or task
5456  * contribute to the execution/completion of that common application
5457  * or task. So the performance figures that matter are total
5458  * throughput of the flows and task-wide I/O latency.  In particular,
5459  * these flows do not need to be protected from each other, in terms
5460  * of individual bandwidth or latency.
5461  *
5462  * Second, the above fact holds regardless of the number of flows.
5463  *
5464  * Putting these two facts together, this commits merges stably the
5465  * bfq_queues associated with these I/O flows, i.e., with the
5466  * processes that generate these IO/ flows, regardless of how many the
5467  * involved processes are.
5468  *
5469  * To decide whether a set of bfq_queues is actually associated with
5470  * the I/O flows of a common application or task, and to merge these
5471  * queues stably, this function operates as follows: given a bfq_queue,
5472  * say Q2, currently being created, and the last bfq_queue, say Q1,
5473  * created before Q2, Q2 is merged stably with Q1 if
5474  * - very little time has elapsed since when Q1 was created
5475  * - Q2 has the same ioprio as Q1
5476  * - Q2 belongs to the same group as Q1
5477  *
5478  * Merging bfq_queues also reduces scheduling overhead. A fio test
5479  * with ten random readers on /dev/nullb shows a throughput boost of
5480  * 40%, with a quadcore. Since BFQ's execution time amounts to ~50% of
5481  * the total per-request processing time, the above throughput boost
5482  * implies that BFQ's overhead is reduced by more than 50%.
5483  *
5484  * This new mechanism most certainly obsoletes the current
5485  * burst-handling heuristics. We keep those heuristics for the moment.
5486  */
5487 static struct bfq_queue *bfq_do_or_sched_stable_merge(struct bfq_data *bfqd,
5488                                                       struct bfq_queue *bfqq,
5489                                                       struct bfq_io_cq *bic)
5490 {
5491         struct bfq_queue **source_bfqq = bfqq->entity.parent ?
5492                 &bfqq->entity.parent->last_bfqq_created :
5493                 &bfqd->last_bfqq_created;
5494
5495         struct bfq_queue *last_bfqq_created = *source_bfqq;
5496
5497         /*
5498          * If last_bfqq_created has not been set yet, then init it. If
5499          * it has been set already, but too long ago, then move it
5500          * forward to bfqq. Finally, move also if bfqq belongs to a
5501          * different group than last_bfqq_created, or if bfqq has a
5502          * different ioprio or ioprio_class. If none of these
5503          * conditions holds true, then try an early stable merge or
5504          * schedule a delayed stable merge.
5505          *
5506          * A delayed merge is scheduled (instead of performing an
5507          * early merge), in case bfqq might soon prove to be more
5508          * throughput-beneficial if not merged. Currently this is
5509          * possible only if bfqd is rotational with no queueing. For
5510          * such a drive, not merging bfqq is better for throughput if
5511          * bfqq happens to contain sequential I/O. So, we wait a
5512          * little bit for enough I/O to flow through bfqq. After that,
5513          * if such an I/O is sequential, then the merge is
5514          * canceled. Otherwise the merge is finally performed.
5515          */
5516         if (!last_bfqq_created ||
5517             time_before(last_bfqq_created->creation_time +
5518                         msecs_to_jiffies(bfq_activation_stable_merging),
5519                         bfqq->creation_time) ||
5520                 bfqq->entity.parent != last_bfqq_created->entity.parent ||
5521                 bfqq->ioprio != last_bfqq_created->ioprio ||
5522                 bfqq->ioprio_class != last_bfqq_created->ioprio_class)
5523                 *source_bfqq = bfqq;
5524         else if (time_after_eq(last_bfqq_created->creation_time +
5525                                  bfqd->bfq_burst_interval,
5526                                  bfqq->creation_time)) {
5527                 if (likely(bfqd->nonrot_with_queueing))
5528                         /*
5529                          * With this type of drive, leaving
5530                          * bfqq alone may provide no
5531                          * throughput benefits compared with
5532                          * merging bfqq. So merge bfqq now.
5533                          */
5534                         bfqq = bfq_do_early_stable_merge(bfqd, bfqq,
5535                                                          bic,
5536                                                          last_bfqq_created);
5537                 else { /* schedule tentative stable merge */
5538                         /*
5539                          * get reference on last_bfqq_created,
5540                          * to prevent it from being freed,
5541                          * until we decide whether to merge
5542                          */
5543                         last_bfqq_created->ref++;
5544                         /*
5545                          * need to keep track of stable refs, to
5546                          * compute process refs correctly
5547                          */
5548                         last_bfqq_created->stable_ref++;
5549                         /*
5550                          * Record the bfqq to merge to.
5551                          */
5552                         bic->stable_merge_bfqq = last_bfqq_created;
5553                 }
5554         }
5555
5556         return bfqq;
5557 }
5558
5559
5560 static struct bfq_queue *bfq_get_queue(struct bfq_data *bfqd,
5561                                        struct bio *bio, bool is_sync,
5562                                        struct bfq_io_cq *bic,
5563                                        bool respawn)
5564 {
5565         const int ioprio = IOPRIO_PRIO_DATA(bic->ioprio);
5566         const int ioprio_class = IOPRIO_PRIO_CLASS(bic->ioprio);
5567         struct bfq_queue **async_bfqq = NULL;
5568         struct bfq_queue *bfqq;
5569         struct bfq_group *bfqg;
5570
5571         rcu_read_lock();
5572
5573         bfqg = bfq_find_set_group(bfqd, __bio_blkcg(bio));
5574         if (!bfqg) {
5575                 bfqq = &bfqd->oom_bfqq;
5576                 goto out;
5577         }
5578
5579         if (!is_sync) {
5580                 async_bfqq = bfq_async_queue_prio(bfqd, bfqg, ioprio_class,
5581                                                   ioprio);
5582                 bfqq = *async_bfqq;
5583                 if (bfqq)
5584                         goto out;
5585         }
5586
5587         bfqq = kmem_cache_alloc_node(bfq_pool,
5588                                      GFP_NOWAIT | __GFP_ZERO | __GFP_NOWARN,
5589                                      bfqd->queue->node);
5590
5591         if (bfqq) {
5592                 bfq_init_bfqq(bfqd, bfqq, bic, current->pid,
5593                               is_sync);
5594                 bfq_init_entity(&bfqq->entity, bfqg);
5595                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "allocated");
5596         } else {
5597                 bfqq = &bfqd->oom_bfqq;
5598                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "using oom bfqq");
5599                 goto out;
5600         }
5601
5602         /*
5603          * Pin the queue now that it's allocated, scheduler exit will
5604          * prune it.
5605          */
5606         if (async_bfqq) {
5607                 bfqq->ref++; /*
5608                               * Extra group reference, w.r.t. sync
5609                               * queue. This extra reference is removed
5610                               * only if bfqq->bfqg disappears, to
5611                               * guarantee that this queue is not freed
5612                               * until its group goes away.
5613                               */
5614                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "get_queue, bfqq not in async: %p, %d",
5615                              bfqq, bfqq->ref);
5616                 *async_bfqq = bfqq;
5617         }
5618
5619 out:
5620         bfqq->ref++; /* get a process reference to this queue */
5621
5622         if (bfqq != &bfqd->oom_bfqq && is_sync && !respawn)
5623                 bfqq = bfq_do_or_sched_stable_merge(bfqd, bfqq, bic);
5624
5625         rcu_read_unlock();
5626         return bfqq;
5627 }
5628
5629 static void bfq_update_io_thinktime(struct bfq_data *bfqd,
5630                                     struct bfq_queue *bfqq)
5631 {
5632         struct bfq_ttime *ttime = &bfqq->ttime;
5633         u64 elapsed;
5634
5635         /*
5636          * We are really interested in how long it takes for the queue to
5637          * become busy when there is no outstanding IO for this queue. So
5638          * ignore cases when the bfq queue has already IO queued.
5639          */
5640         if (bfqq->dispatched || bfq_bfqq_busy(bfqq))
5641                 return;
5642         elapsed = ktime_get_ns() - bfqq->ttime.last_end_request;
5643         elapsed = min_t(u64, elapsed, 2ULL * bfqd->bfq_slice_idle);
5644
5645         ttime->ttime_samples = (7*ttime->ttime_samples + 256) / 8;
5646         ttime->ttime_total = div_u64(7*ttime->ttime_total + 256*elapsed,  8);
5647         ttime->ttime_mean = div64_ul(ttime->ttime_total + 128,
5648                                      ttime->ttime_samples);
5649 }
5650
5651 static void
5652 bfq_update_io_seektime(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
5653                        struct request *rq)
5654 {
5655         bfqq->seek_history <<= 1;
5656         bfqq->seek_history |= BFQ_RQ_SEEKY(bfqd, bfqq->last_request_pos, rq);
5657
5658         if (bfqq->wr_coeff > 1 &&
5659             bfqq->wr_cur_max_time == bfqd->bfq_wr_rt_max_time &&
5660             BFQQ_TOTALLY_SEEKY(bfqq)) {
5661                 if (time_is_before_jiffies(bfqq->wr_start_at_switch_to_srt +
5662                                            bfq_wr_duration(bfqd))) {
5663                         /*
5664                          * In soft_rt weight raising with the
5665                          * interactive-weight-raising period
5666                          * elapsed (so no switch back to
5667                          * interactive weight raising).
5668                          */
5669                         bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
5670                 } else { /*
5671                           * stopping soft_rt weight raising
5672                           * while still in interactive period,
5673                           * switch back to interactive weight
5674                           * raising
5675                           */
5676                         switch_back_to_interactive_wr(bfqq, bfqd);
5677                         bfqq->entity.prio_changed = 1;
5678                 }
5679         }
5680 }
5681
5682 static void bfq_update_has_short_ttime(struct bfq_data *bfqd,
5683                                        struct bfq_queue *bfqq,
5684                                        struct bfq_io_cq *bic)
5685 {
5686         bool has_short_ttime = true, state_changed;
5687
5688         /*
5689          * No need to update has_short_ttime if bfqq is async or in
5690          * idle io prio class, or if bfq_slice_idle is zero, because
5691          * no device idling is performed for bfqq in this case.
5692          */
5693         if (!bfq_bfqq_sync(bfqq) || bfq_class_idle(bfqq) ||
5694             bfqd->bfq_slice_idle == 0)
5695                 return;
5696
5697         /* Idle window just restored, statistics are meaningless. */
5698         if (time_is_after_eq_jiffies(bfqq->split_time +
5699                                      bfqd->bfq_wr_min_idle_time))
5700                 return;
5701
5702         /* Think time is infinite if no process is linked to
5703          * bfqq. Otherwise check average think time to decide whether
5704          * to mark as has_short_ttime. To this goal, compare average
5705          * think time with half the I/O-plugging timeout.
5706          */
5707         if (atomic_read(&bic->icq.ioc->active_ref) == 0 ||
5708             (bfq_sample_valid(bfqq->ttime.ttime_samples) &&
5709              bfqq->ttime.ttime_mean > bfqd->bfq_slice_idle>>1))
5710                 has_short_ttime = false;
5711
5712         state_changed = has_short_ttime != bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
5713
5714         if (has_short_ttime)
5715                 bfq_mark_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
5716         else
5717                 bfq_clear_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
5718
5719         /*
5720          * Until the base value for the total service time gets
5721          * finally computed for bfqq, the inject limit does depend on
5722          * the think-time state (short|long). In particular, the limit
5723          * is 0 or 1 if the think time is deemed, respectively, as
5724          * short or long (details in the comments in
5725          * bfq_update_inject_limit()). Accordingly, the next
5726          * instructions reset the inject limit if the think-time state
5727          * has changed and the above base value is still to be
5728          * computed.
5729          *
5730          * However, the reset is performed only if more than 100 ms
5731          * have elapsed since the last update of the inject limit, or
5732          * (inclusive) if the change is from short to long think
5733          * time. The reason for this waiting is as follows.
5734          *
5735          * bfqq may have a long think time because of a
5736          * synchronization with some other queue, i.e., because the
5737          * I/O of some other queue may need to be completed for bfqq
5738          * to receive new I/O. Details in the comments on the choice
5739          * of the queue for injection in bfq_select_queue().
5740          *
5741          * As stressed in those comments, if such a synchronization is
5742          * actually in place, then, without injection on bfqq, the
5743          * blocking I/O cannot happen to served while bfqq is in
5744          * service. As a consequence, if bfqq is granted
5745          * I/O-dispatch-plugging, then bfqq remains empty, and no I/O
5746          * is dispatched, until the idle timeout fires. This is likely
5747          * to result in lower bandwidth and higher latencies for bfqq,
5748          * and in a severe loss of total throughput.
5749          *
5750          * On the opposite end, a non-zero inject limit may allow the
5751          * I/O that blocks bfqq to be executed soon, and therefore
5752          * bfqq to receive new I/O soon.
5753          *
5754          * But, if the blocking gets actually eliminated, then the
5755          * next think-time sample for bfqq may be very low. This in
5756          * turn may cause bfqq's think time to be deemed
5757          * short. Without the 100 ms barrier, this new state change
5758          * would cause the body of the next if to be executed
5759          * immediately. But this would set to 0 the inject
5760          * limit. Without injection, the blocking I/O would cause the
5761          * think time of bfqq to become long again, and therefore the
5762          * inject limit to be raised again, and so on. The only effect
5763          * of such a steady oscillation between the two think-time
5764          * states would be to prevent effective injection on bfqq.
5765          *
5766          * In contrast, if the inject limit is not reset during such a
5767          * long time interval as 100 ms, then the number of short
5768          * think time samples can grow significantly before the reset
5769          * is performed. As a consequence, the think time state can
5770          * become stable before the reset. Therefore there will be no
5771          * state change when the 100 ms elapse, and no reset of the
5772          * inject limit. The inject limit remains steadily equal to 1
5773          * both during and after the 100 ms. So injection can be
5774          * performed at all times, and throughput gets boosted.
5775          *
5776          * An inject limit equal to 1 is however in conflict, in
5777          * general, with the fact that the think time of bfqq is
5778          * short, because injection may be likely to delay bfqq's I/O
5779          * (as explained in the comments in
5780          * bfq_update_inject_limit()). But this does not happen in
5781          * this special case, because bfqq's low think time is due to
5782          * an effective handling of a synchronization, through
5783          * injection. In this special case, bfqq's I/O does not get
5784          * delayed by injection; on the contrary, bfqq's I/O is
5785          * brought forward, because it is not blocked for
5786          * milliseconds.
5787          *
5788          * In addition, serving the blocking I/O much sooner, and much
5789          * more frequently than once per I/O-plugging timeout, makes
5790          * it much quicker to detect a waker queue (the concept of
5791          * waker queue is defined in the comments in
5792          * bfq_add_request()). This makes it possible to start sooner
5793          * to boost throughput more effectively, by injecting the I/O
5794          * of the waker queue unconditionally on every
5795          * bfq_dispatch_request().
5796          *
5797          * One last, important benefit of not resetting the inject
5798          * limit before 100 ms is that, during this time interval, the
5799          * base value for the total service time is likely to get
5800          * finally computed for bfqq, freeing the inject limit from
5801          * its relation with the think time.
5802          */
5803         if (state_changed && bfqq->last_serv_time_ns == 0 &&
5804             (time_is_before_eq_jiffies(bfqq->decrease_time_jif +
5805                                       msecs_to_jiffies(100)) ||
5806              !has_short_ttime))
5807                 bfq_reset_inject_limit(bfqd, bfqq);
5808 }
5809
5810 /*
5811  * Called when a new fs request (rq) is added to bfqq.  Check if there's
5812  * something we should do about it.
5813  */
5814 static void bfq_rq_enqueued(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
5815                             struct request *rq)
5816 {
5817         if (rq->cmd_flags & REQ_META)
5818                 bfqq->meta_pending++;
5819
5820         bfqq->last_request_pos = blk_rq_pos(rq) + blk_rq_sectors(rq);
5821
5822         if (bfqq == bfqd->in_service_queue && bfq_bfqq_wait_request(bfqq)) {
5823                 bool small_req = bfqq->queued[rq_is_sync(rq)] == 1 &&
5824                                  blk_rq_sectors(rq) < 32;
5825                 bool budget_timeout = bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq);
5826
5827                 /*
5828                  * There is just this request queued: if
5829                  * - the request is small, and
5830                  * - we are idling to boost throughput, and
5831                  * - the queue is not to be expired,
5832                  * then just exit.
5833                  *
5834                  * In this way, if the device is being idled to wait
5835                  * for a new request from the in-service queue, we
5836                  * avoid unplugging the device and committing the
5837                  * device to serve just a small request. In contrast
5838                  * we wait for the block layer to decide when to
5839                  * unplug the device: hopefully, new requests will be
5840                  * merged to this one quickly, then the device will be
5841                  * unplugged and larger requests will be dispatched.
5842                  */
5843                 if (small_req && idling_boosts_thr_without_issues(bfqd, bfqq) &&
5844                     !budget_timeout)
5845                         return;
5846
5847                 /*
5848                  * A large enough request arrived, or idling is being
5849                  * performed to preserve service guarantees, or
5850                  * finally the queue is to be expired: in all these
5851                  * cases disk idling is to be stopped, so clear
5852                  * wait_request flag and reset timer.
5853                  */
5854                 bfq_clear_bfqq_wait_request(bfqq);
5855                 hrtimer_try_to_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
5856
5857                 /*
5858                  * The queue is not empty, because a new request just
5859                  * arrived. Hence we can safely expire the queue, in
5860                  * case of budget timeout, without risking that the
5861                  * timestamps of the queue are not updated correctly.
5862                  * See [1] for more details.
5863                  */
5864                 if (budget_timeout)
5865                         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false,
5866                                         BFQQE_BUDGET_TIMEOUT);
5867         }
5868 }
5869
5870 /* returns true if it causes the idle timer to be disabled */
5871 static bool __bfq_insert_request(struct bfq_data *bfqd, struct request *rq)
5872 {
5873         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq),
5874                 *new_bfqq = bfq_setup_cooperator(bfqd, bfqq, rq, true,
5875                                                  RQ_BIC(rq));
5876         bool waiting, idle_timer_disabled = false;
5877
5878         if (new_bfqq) {
5879                 /*
5880                  * Release the request's reference to the old bfqq
5881                  * and make sure one is taken to the shared queue.
5882                  */
5883                 new_bfqq->allocated++;
5884                 bfqq->allocated--;
5885                 new_bfqq->ref++;
5886                 /*
5887                  * If the bic associated with the process
5888                  * issuing this request still points to bfqq
5889                  * (and thus has not been already redirected
5890                  * to new_bfqq or even some other bfq_queue),
5891                  * then complete the merge and redirect it to
5892                  * new_bfqq.
5893                  */
5894                 if (bic_to_bfqq(RQ_BIC(rq), 1) == bfqq)
5895                         bfq_merge_bfqqs(bfqd, RQ_BIC(rq),
5896                                         bfqq, new_bfqq);
5897
5898                 bfq_clear_bfqq_just_created(bfqq);
5899                 /*
5900                  * rq is about to be enqueued into new_bfqq,
5901                  * release rq reference on bfqq
5902                  */
5903                 bfq_put_queue(bfqq);
5904                 rq->elv.priv[1] = new_bfqq;
5905                 bfqq = new_bfqq;
5906         }
5907
5908         bfq_update_io_thinktime(bfqd, bfqq);
5909         bfq_update_has_short_ttime(bfqd, bfqq, RQ_BIC(rq));
5910         bfq_update_io_seektime(bfqd, bfqq, rq);
5911
5912         waiting = bfqq && bfq_bfqq_wait_request(bfqq);
5913         bfq_add_request(rq);
5914         idle_timer_disabled = waiting && !bfq_bfqq_wait_request(bfqq);
5915
5916         rq->fifo_time = ktime_get_ns() + bfqd->bfq_fifo_expire[rq_is_sync(rq)];
5917         list_add_tail(&rq->queuelist, &bfqq->fifo);
5918
5919         bfq_rq_enqueued(bfqd, bfqq, rq);
5920
5921         return idle_timer_disabled;
5922 }
5923
5924 #ifdef CONFIG_BFQ_CGROUP_DEBUG
5925 static void bfq_update_insert_stats(struct request_queue *q,
5926                                     struct bfq_queue *bfqq,
5927                                     bool idle_timer_disabled,
5928                                     unsigned int cmd_flags)
5929 {
5930         if (!bfqq)
5931                 return;
5932
5933         /*
5934          * bfqq still exists, because it can disappear only after
5935          * either it is merged with another queue, or the process it
5936          * is associated with exits. But both actions must be taken by
5937          * the same process currently executing this flow of
5938          * instructions.
5939          *
5940          * In addition, the following queue lock guarantees that
5941          * bfqq_group(bfqq) exists as well.
5942          */
5943         spin_lock_irq(&q->queue_lock);
5944         bfqg_stats_update_io_add(bfqq_group(bfqq), bfqq, cmd_flags);
5945         if (idle_timer_disabled)
5946                 bfqg_stats_update_idle_time(bfqq_group(bfqq));
5947         spin_unlock_irq(&q->queue_lock);
5948 }
5949 #else
5950 static inline void bfq_update_insert_stats(struct request_queue *q,
5951                                            struct bfq_queue *bfqq,
5952                                            bool idle_timer_disabled,
5953                                            unsigned int cmd_flags) {}
5954 #endif /* CONFIG_BFQ_CGROUP_DEBUG */
5955
5956 static void bfq_insert_request(struct blk_mq_hw_ctx *hctx, struct request *rq,
5957                                bool at_head)
5958 {
5959         struct request_queue *q = hctx->queue;
5960         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
5961         struct bfq_queue *bfqq;
5962         bool idle_timer_disabled = false;
5963         unsigned int cmd_flags;
5964
5965 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
5966         if (!cgroup_subsys_on_dfl(io_cgrp_subsys) && rq->bio)
5967                 bfqg_stats_update_legacy_io(q, rq);
5968 #endif
5969         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
5970         if (blk_mq_sched_try_insert_merge(q, rq)) {
5971                 spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
5972                 return;
5973         }
5974
5975         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
5976
5977         trace_block_rq_insert(rq);
5978
5979         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
5980         bfqq = bfq_init_rq(rq);
5981
5982         /*
5983          * Reqs with at_head or passthrough flags set are to be put
5984          * directly into dispatch list. Additional case for putting rq
5985          * directly into the dispatch queue: the only active
5986          * bfq_queues are bfqq and either its waker bfq_queue or one
5987          * of its woken bfq_queues. The rationale behind this
5988          * additional condition is as follows:
5989          * - consider a bfq_queue, say Q1, detected as a waker of
5990          *   another bfq_queue, say Q2
5991          * - by definition of a waker, Q1 blocks the I/O of Q2, i.e.,
5992          *   some I/O of Q1 needs to be completed for new I/O of Q2
5993          *   to arrive.  A notable example of waker is journald
5994          * - so, Q1 and Q2 are in any respect the queues of two
5995          *   cooperating processes (or of two cooperating sets of
5996          *   processes): the goal of Q1's I/O is doing what needs to
5997          *   be done so that new Q2's I/O can finally be
5998          *   issued. Therefore, if the service of Q1's I/O is delayed,
5999          *   then Q2's I/O is delayed too.  Conversely, if Q2's I/O is
6000          *   delayed, the goal of Q1's I/O is hindered.
6001          * - as a consequence, if some I/O of Q1/Q2 arrives while
6002          *   Q2/Q1 is the only queue in service, there is absolutely
6003          *   no point in delaying the service of such an I/O. The
6004          *   only possible result is a throughput loss
6005          * - so, when the above condition holds, the best option is to
6006          *   have the new I/O dispatched as soon as possible
6007          * - the most effective and efficient way to attain the above
6008          *   goal is to put the new I/O directly in the dispatch
6009          *   list
6010          * - as an additional restriction, Q1 and Q2 must be the only
6011          *   busy queues for this commit to put the I/O of Q2/Q1 in
6012          *   the dispatch list.  This is necessary, because, if also
6013          *   other queues are waiting for service, then putting new
6014          *   I/O directly in the dispatch list may evidently cause a
6015          *   violation of service guarantees for the other queues
6016          */
6017         if (!bfqq ||
6018             (bfqq != bfqd->in_service_queue &&
6019              bfqd->in_service_queue != NULL &&
6020              bfq_tot_busy_queues(bfqd) == 1 + bfq_bfqq_busy(bfqq) &&
6021              (bfqq->waker_bfqq == bfqd->in_service_queue ||
6022               bfqd->in_service_queue->waker_bfqq == bfqq)) || at_head) {
6023                 if (at_head)
6024                         list_add(&rq->queuelist, &bfqd->dispatch);
6025                 else
6026                         list_add_tail(&rq->queuelist, &bfqd->dispatch);
6027         } else {
6028                 idle_timer_disabled = __bfq_insert_request(bfqd, rq);
6029                 /*
6030                  * Update bfqq, because, if a queue merge has occurred
6031                  * in __bfq_insert_request, then rq has been
6032                  * redirected into a new queue.
6033                  */
6034                 bfqq = RQ_BFQQ(rq);
6035
6036                 if (rq_mergeable(rq)) {
6037                         elv_rqhash_add(q, rq);
6038                         if (!q->last_merge)
6039                                 q->last_merge = rq;
6040                 }
6041         }
6042
6043         /*
6044          * Cache cmd_flags before releasing scheduler lock, because rq
6045          * may disappear afterwards (for example, because of a request
6046          * merge).
6047          */
6048         cmd_flags = rq->cmd_flags;
6049
6050         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
6051
6052         bfq_update_insert_stats(q, bfqq, idle_timer_disabled,
6053                                 cmd_flags);
6054 }
6055
6056 static void bfq_insert_requests(struct blk_mq_hw_ctx *hctx,
6057                                 struct list_head *list, bool at_head)
6058 {
6059         while (!list_empty(list)) {
6060                 struct request *rq;
6061
6062                 rq = list_first_entry(list, struct request, queuelist);
6063                 list_del_init(&rq->queuelist);
6064                 bfq_insert_request(hctx, rq, at_head);
6065         }
6066 }
6067
6068 static void bfq_update_hw_tag(struct bfq_data *bfqd)
6069 {
6070         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->in_service_queue;
6071
6072         bfqd->max_rq_in_driver = max_t(int, bfqd->max_rq_in_driver,
6073                                        bfqd->rq_in_driver);
6074
6075         if (bfqd->hw_tag == 1)
6076                 return;
6077
6078         /*
6079          * This sample is valid if the number of outstanding requests
6080          * is large enough to allow a queueing behavior.  Note that the
6081          * sum is not exact, as it's not taking into account deactivated
6082          * requests.
6083          */
6084         if (bfqd->rq_in_driver + bfqd->queued <= BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD)
6085                 return;
6086
6087         /*
6088          * If active queue hasn't enough requests and can idle, bfq might not
6089          * dispatch sufficient requests to hardware. Don't zero hw_tag in this
6090          * case
6091          */
6092         if (bfqq && bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq) &&
6093             bfqq->dispatched + bfqq->queued[0] + bfqq->queued[1] <
6094             BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD &&
6095             bfqd->rq_in_driver < BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD)
6096                 return;
6097
6098         if (bfqd->hw_tag_samples++ < BFQ_HW_QUEUE_SAMPLES)
6099                 return;
6100
6101         bfqd->hw_tag = bfqd->max_rq_in_driver > BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD;
6102         bfqd->max_rq_in_driver = 0;
6103         bfqd->hw_tag_samples = 0;
6104
6105         bfqd->nonrot_with_queueing =
6106                 blk_queue_nonrot(bfqd->queue) && bfqd->hw_tag;
6107 }
6108
6109 static void bfq_completed_request(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_data *bfqd)
6110 {
6111         u64 now_ns;
6112         u32 delta_us;
6113
6114         bfq_update_hw_tag(bfqd);
6115
6116         bfqd->rq_in_driver--;
6117         bfqq->dispatched--;
6118
6119         if (!bfqq->dispatched && !bfq_bfqq_busy(bfqq)) {
6120                 /*
6121                  * Set budget_timeout (which we overload to store the
6122                  * time at which the queue remains with no backlog and
6123                  * no outstanding request; used by the weight-raising
6124                  * mechanism).
6125                  */
6126                 bfqq->budget_timeout = jiffies;
6127
6128                 bfq_weights_tree_remove(bfqd, bfqq);
6129         }
6130
6131         now_ns = ktime_get_ns();
6132
6133         bfqq->ttime.last_end_request = now_ns;
6134
6135         /*
6136          * Using us instead of ns, to get a reasonable precision in
6137          * computing rate in next check.
6138          */
6139         delta_us = div_u64(now_ns - bfqd->last_completion, NSEC_PER_USEC);
6140
6141         /*
6142          * If the request took rather long to complete, and, according
6143          * to the maximum request size recorded, this completion latency
6144          * implies that the request was certainly served at a very low
6145          * rate (less than 1M sectors/sec), then the whole observation
6146          * interval that lasts up to this time instant cannot be a
6147          * valid time interval for computing a new peak rate.  Invoke
6148          * bfq_update_rate_reset to have the following three steps
6149          * taken:
6150          * - close the observation interval at the last (previous)
6151          *   request dispatch or completion
6152          * - compute rate, if possible, for that observation interval
6153          * - reset to zero samples, which will trigger a proper
6154          *   re-initialization of the observation interval on next
6155          *   dispatch
6156          */
6157         if (delta_us > BFQ_MIN_TT/NSEC_PER_USEC &&
6158            (bfqd->last_rq_max_size<<BFQ_RATE_SHIFT)/delta_us <
6159                         1UL<<(BFQ_RATE_SHIFT - 10))
6160                 bfq_update_rate_reset(bfqd, NULL);
6161         bfqd->last_completion = now_ns;
6162         /*
6163          * Shared queues are likely to receive I/O at a high
6164          * rate. This may deceptively let them be considered as wakers
6165          * of other queues. But a false waker will unjustly steal
6166          * bandwidth to its supposedly woken queue. So considering
6167          * also shared queues in the waking mechanism may cause more
6168          * control troubles than throughput benefits. Then reset
6169          * last_completed_rq_bfqq if bfqq is a shared queue.
6170          */
6171         if (!bfq_bfqq_coop(bfqq))
6172                 bfqd->last_completed_rq_bfqq = bfqq;
6173         else
6174                 bfqd->last_completed_rq_bfqq = NULL;
6175
6176         /*
6177          * If we are waiting to discover whether the request pattern
6178          * of the task associated with the queue is actually
6179          * isochronous, and both requisites for this condition to hold
6180          * are now satisfied, then compute soft_rt_next_start (see the
6181          * comments on the function bfq_bfqq_softrt_next_start()). We
6182          * do not compute soft_rt_next_start if bfqq is in interactive
6183          * weight raising (see the comments in bfq_bfqq_expire() for
6184          * an explanation). We schedule this delayed update when bfqq
6185          * expires, if it still has in-flight requests.
6186          */
6187         if (bfq_bfqq_softrt_update(bfqq) && bfqq->dispatched == 0 &&
6188             RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) &&
6189             bfqq->wr_coeff != bfqd->bfq_wr_coeff)
6190                 bfqq->soft_rt_next_start =
6191                         bfq_bfqq_softrt_next_start(bfqd, bfqq);
6192
6193         /*
6194          * If this is the in-service queue, check if it needs to be expired,
6195          * or if we want to idle in case it has no pending requests.
6196          */
6197         if (bfqd->in_service_queue == bfqq) {
6198                 if (bfq_bfqq_must_idle(bfqq)) {
6199                         if (bfqq->dispatched == 0)
6200                                 bfq_arm_slice_timer(bfqd);
6201                         /*
6202                          * If we get here, we do not expire bfqq, even
6203                          * if bfqq was in budget timeout or had no
6204                          * more requests (as controlled in the next
6205                          * conditional instructions). The reason for
6206                          * not expiring bfqq is as follows.
6207                          *
6208                          * Here bfqq->dispatched > 0 holds, but
6209                          * bfq_bfqq_must_idle() returned true. This
6210                          * implies that, even if no request arrives
6211                          * for bfqq before bfqq->dispatched reaches 0,
6212                          * bfqq will, however, not be expired on the
6213                          * completion event that causes bfqq->dispatch
6214                          * to reach zero. In contrast, on this event,
6215                          * bfqq will start enjoying device idling
6216                          * (I/O-dispatch plugging).
6217                          *
6218                          * But, if we expired bfqq here, bfqq would
6219                          * not have the chance to enjoy device idling
6220                          * when bfqq->dispatched finally reaches
6221                          * zero. This would expose bfqq to violation
6222                          * of its reserved service guarantees.
6223                          */
6224                         return;
6225                 } else if (bfq_may_expire_for_budg_timeout(bfqq))
6226                         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false,
6227                                         BFQQE_BUDGET_TIMEOUT);
6228                 else if (RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) &&
6229                          (bfqq->dispatched == 0 ||
6230                           !bfq_better_to_idle(bfqq)))
6231                         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false,
6232                                         BFQQE_NO_MORE_REQUESTS);
6233         }
6234
6235         if (!bfqd->rq_in_driver)
6236                 bfq_schedule_dispatch(bfqd);
6237 }
6238
6239 static void bfq_finish_requeue_request_body(struct bfq_queue *bfqq)
6240 {
6241         bfqq->allocated--;
6242
6243         bfq_put_queue(bfqq);
6244 }
6245
6246 /*
6247  * The processes associated with bfqq may happen to generate their
6248  * cumulative I/O at a lower rate than the rate at which the device
6249  * could serve the same I/O. This is rather probable, e.g., if only
6250  * one process is associated with bfqq and the device is an SSD. It
6251  * results in bfqq becoming often empty while in service. In this
6252  * respect, if BFQ is allowed to switch to another queue when bfqq
6253  * remains empty, then the device goes on being fed with I/O requests,
6254  * and the throughput is not affected. In contrast, if BFQ is not
6255  * allowed to switch to another queue---because bfqq is sync and
6256  * I/O-dispatch needs to be plugged while bfqq is temporarily
6257  * empty---then, during the service of bfqq, there will be frequent
6258  * "service holes", i.e., time intervals during which bfqq gets empty
6259  * and the device can only consume the I/O already queued in its
6260  * hardware queues. During service holes, the device may even get to
6261  * remaining idle. In the end, during the service of bfqq, the device
6262  * is driven at a lower speed than the one it can reach with the kind
6263  * of I/O flowing through bfqq.
6264  *
6265  * To counter this loss of throughput, BFQ implements a "request
6266  * injection mechanism", which tries to fill the above service holes
6267  * with I/O requests taken from other queues. The hard part in this
6268  * mechanism is finding the right amount of I/O to inject, so as to
6269  * both boost throughput and not break bfqq's bandwidth and latency
6270  * guarantees. In this respect, the mechanism maintains a per-queue
6271  * inject limit, computed as below. While bfqq is empty, the injection
6272  * mechanism dispatches extra I/O requests only until the total number
6273  * of I/O requests in flight---i.e., already dispatched but not yet
6274  * completed---remains lower than this limit.
6275  *
6276  * A first definition comes in handy to introduce the algorithm by
6277  * which the inject limit is computed.  We define as first request for
6278  * bfqq, an I/O request for bfqq that arrives while bfqq is in
6279  * service, and causes bfqq to switch from empty to non-empty. The
6280  * algorithm updates the limit as a function of the effect of
6281  * injection on the service times of only the first requests of
6282  * bfqq. The reason for this restriction is that these are the
6283  * requests whose service time is affected most, because they are the
6284  * first to arrive after injection possibly occurred.
6285  *
6286  * To evaluate the effect of injection, the algorithm measures the
6287  * "total service time" of first requests. We define as total service
6288  * time of an I/O request, the time that elapses since when the
6289  * request is enqueued into bfqq, to when it is completed. This
6290  * quantity allows the whole effect of injection to be measured. It is
6291  * easy to see why. Suppose that some requests of other queues are
6292  * actually injected while bfqq is empty, and that a new request R
6293  * then arrives for bfqq. If the device does start to serve all or
6294  * part of the injected requests during the service hole, then,
6295  * because of this extra service, it may delay the next invocation of
6296  * the dispatch hook of BFQ. Then, even after R gets eventually
6297  * dispatched, the device may delay the actual service of R if it is
6298  * still busy serving the extra requests, or if it decides to serve,
6299  * before R, some extra request still present in its queues. As a
6300  * conclusion, the cumulative extra delay caused by injection can be
6301  * easily evaluated by just comparing the total service time of first
6302  * requests with and without injection.
6303  *
6304  * The limit-update algorithm works as follows. On the arrival of a
6305  * first request of bfqq, the algorithm measures the total time of the
6306  * request only if one of the three cases below holds, and, for each
6307  * case, it updates the limit as described below:
6308  *
6309  * (1) If there is no in-flight request. This gives a baseline for the
6310  *     total service time of the requests of bfqq. If the baseline has
6311  *     not been computed yet, then, after computing it, the limit is
6312  *     set to 1, to start boosting throughput, and to prepare the
6313  *     ground for the next case. If the baseline has already been
6314  *     computed, then it is updated, in case it results to be lower
6315  *     than the previous value.
6316  *
6317  * (2) If the limit is higher than 0 and there are in-flight
6318  *     requests. By comparing the total service time in this case with
6319  *     the above baseline, it is possible to know at which extent the
6320  *     current value of the limit is inflating the total service
6321  *     time. If the inflation is below a certain threshold, then bfqq
6322  *     is assumed to be suffering from no perceivable loss of its
6323  *     service guarantees, and the limit is even tentatively
6324  *     increased. If the inflation is above the threshold, then the
6325  *     limit is decreased. Due to the lack of any hysteresis, this
6326  *     logic makes the limit oscillate even in steady workload
6327  *     conditions. Yet we opted for it, because it is fast in reaching
6328  *     the best value for the limit, as a function of the current I/O
6329  *     workload. To reduce oscillations, this step is disabled for a
6330  *     short time interval after the limit happens to be decreased.
6331  *
6332  * (3) Periodically, after resetting the limit, to make sure that the
6333  *     limit eventually drops in case the workload changes. This is
6334  *     needed because, after the limit has gone safely up for a
6335  *     certain workload, it is impossible to guess whether the
6336  *     baseline total service time may have changed, without measuring
6337  *     it again without injection. A more effective version of this
6338  *     step might be to just sample the baseline, by interrupting
6339  *     injection only once, and then to reset/lower the limit only if
6340  *     the total service time with the current limit does happen to be
6341  *     too large.
6342  *
6343  * More details on each step are provided in the comments on the
6344  * pieces of code that implement these steps: the branch handling the
6345  * transition from empty to non empty in bfq_add_request(), the branch
6346  * handling injection in bfq_select_queue(), and the function
6347  * bfq_choose_bfqq_for_injection(). These comments also explain some
6348  * exceptions, made by the injection mechanism in some special cases.
6349  */
6350 static void bfq_update_inject_limit(struct bfq_data *bfqd,
6351                                     struct bfq_queue *bfqq)
6352 {
6353         u64 tot_time_ns = ktime_get_ns() - bfqd->last_empty_occupied_ns;
6354         unsigned int old_limit = bfqq->inject_limit;
6355
6356         if (bfqq->last_serv_time_ns > 0 && bfqd->rqs_injected) {
6357                 u64 threshold = (bfqq->last_serv_time_ns * 3)>>1;
6358
6359                 if (tot_time_ns >= threshold && old_limit > 0) {
6360                         bfqq->inject_limit--;
6361                         bfqq->decrease_time_jif = jiffies;
6362                 } else if (tot_time_ns < threshold &&
6363                            old_limit <= bfqd->max_rq_in_driver)
6364                         bfqq->inject_limit++;
6365         }
6366
6367         /*
6368          * Either we still have to compute the base value for the
6369          * total service time, and there seem to be the right
6370          * conditions to do it, or we can lower the last base value
6371          * computed.
6372          *
6373          * NOTE: (bfqd->rq_in_driver == 1) means that there is no I/O
6374          * request in flight, because this function is in the code
6375          * path that handles the completion of a request of bfqq, and,
6376          * in particular, this function is executed before
6377          * bfqd->rq_in_driver is decremented in such a code path.
6378          */
6379         if ((bfqq->last_serv_time_ns == 0 && bfqd->rq_in_driver == 1) ||
6380             tot_time_ns < bfqq->last_serv_time_ns) {
6381                 if (bfqq->last_serv_time_ns == 0) {
6382                         /*
6383                          * Now we certainly have a base value: make sure we
6384                          * start trying injection.
6385                          */
6386                         bfqq->inject_limit = max_t(unsigned int, 1, old_limit);
6387                 }
6388                 bfqq->last_serv_time_ns = tot_time_ns;
6389         } else if (!bfqd->rqs_injected && bfqd->rq_in_driver == 1)
6390                 /*
6391                  * No I/O injected and no request still in service in
6392                  * the drive: these are the exact conditions for
6393                  * computing the base value of the total service time
6394                  * for bfqq. So let's update this value, because it is
6395                  * rather variable. For example, it varies if the size
6396                  * or the spatial locality of the I/O requests in bfqq
6397                  * change.
6398                  */
6399                 bfqq->last_serv_time_ns = tot_time_ns;
6400
6401
6402         /* update complete, not waiting for any request completion any longer */
6403         bfqd->waited_rq = NULL;
6404         bfqd->rqs_injected = false;
6405 }
6406
6407 /*
6408  * Handle either a requeue or a finish for rq. The things to do are
6409  * the same in both cases: all references to rq are to be dropped. In
6410  * particular, rq is considered completed from the point of view of
6411  * the scheduler.
6412  */
6413 static void bfq_finish_requeue_request(struct request *rq)
6414 {
6415         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
6416         struct bfq_data *bfqd;
6417
6418         /*
6419          * rq either is not associated with any icq, or is an already
6420          * requeued request that has not (yet) been re-inserted into
6421          * a bfq_queue.
6422          */
6423         if (!rq->elv.icq || !bfqq)
6424                 return;
6425
6426         bfqd = bfqq->bfqd;
6427
6428         if (rq->rq_flags & RQF_STARTED)
6429                 bfqg_stats_update_completion(bfqq_group(bfqq),
6430                                              rq->start_time_ns,
6431                                              rq->io_start_time_ns,
6432                                              rq->cmd_flags);
6433
6434         if (likely(rq->rq_flags & RQF_STARTED)) {
6435                 unsigned long flags;
6436
6437                 spin_lock_irqsave(&bfqd->lock, flags);
6438
6439                 if (rq == bfqd->waited_rq)
6440                         bfq_update_inject_limit(bfqd, bfqq);
6441
6442                 bfq_completed_request(bfqq, bfqd);
6443                 bfq_finish_requeue_request_body(bfqq);
6444
6445                 spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
6446         } else {
6447                 /*
6448                  * Request rq may be still/already in the scheduler,
6449                  * in which case we need to remove it (this should
6450                  * never happen in case of requeue). And we cannot
6451                  * defer such a check and removal, to avoid
6452                  * inconsistencies in the time interval from the end
6453                  * of this function to the start of the deferred work.
6454                  * This situation seems to occur only in process
6455                  * context, as a consequence of a merge. In the
6456                  * current version of the code, this implies that the
6457                  * lock is held.
6458                  */
6459
6460                 if (!RB_EMPTY_NODE(&rq->rb_node)) {
6461                         bfq_remove_request(rq->q, rq);
6462                         bfqg_stats_update_io_remove(bfqq_group(bfqq),
6463                                                     rq->cmd_flags);
6464                 }
6465                 bfq_finish_requeue_request_body(bfqq);
6466         }
6467
6468         /*
6469          * Reset private fields. In case of a requeue, this allows
6470          * this function to correctly do nothing if it is spuriously
6471          * invoked again on this same request (see the check at the
6472          * beginning of the function). Probably, a better general
6473          * design would be to prevent blk-mq from invoking the requeue
6474          * or finish hooks of an elevator, for a request that is not
6475          * referred by that elevator.
6476          *
6477          * Resetting the following fields would break the
6478          * request-insertion logic if rq is re-inserted into a bfq
6479          * internal queue, without a re-preparation. Here we assume
6480          * that re-insertions of requeued requests, without
6481          * re-preparation, can happen only for pass_through or at_head
6482          * requests (which are not re-inserted into bfq internal
6483          * queues).
6484          */
6485         rq->elv.priv[0] = NULL;
6486         rq->elv.priv[1] = NULL;
6487 }
6488
6489 /*
6490  * Removes the association between the current task and bfqq, assuming
6491  * that bic points to the bfq iocontext of the task.
6492  * Returns NULL if a new bfqq should be allocated, or the old bfqq if this
6493  * was the last process referring to that bfqq.
6494  */
6495 static struct bfq_queue *
6496 bfq_split_bfqq(struct bfq_io_cq *bic, struct bfq_queue *bfqq)
6497 {
6498         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "splitting queue");
6499
6500         if (bfqq_process_refs(bfqq) == 1) {
6501                 bfqq->pid = current->pid;
6502                 bfq_clear_bfqq_coop(bfqq);
6503                 bfq_clear_bfqq_split_coop(bfqq);
6504                 return bfqq;
6505         }
6506
6507         bic_set_bfqq(bic, NULL, 1);
6508
6509         bfq_put_cooperator(bfqq);
6510
6511         bfq_release_process_ref(bfqq->bfqd, bfqq);
6512         return NULL;
6513 }
6514
6515 static struct bfq_queue *bfq_get_bfqq_handle_split(struct bfq_data *bfqd,
6516                                                    struct bfq_io_cq *bic,
6517                                                    struct bio *bio,
6518                                                    bool split, bool is_sync,
6519                                                    bool *new_queue)
6520 {
6521         struct bfq_queue *bfqq = bic_to_bfqq(bic, is_sync);
6522
6523         if (likely(bfqq && bfqq != &bfqd->oom_bfqq))
6524                 return bfqq;
6525
6526         if (new_queue)
6527                 *new_queue = true;
6528
6529         if (bfqq)
6530                 bfq_put_queue(bfqq);
6531         bfqq = bfq_get_queue(bfqd, bio, is_sync, bic, split);
6532
6533         bic_set_bfqq(bic, bfqq, is_sync);
6534         if (split && is_sync) {
6535                 if ((bic->was_in_burst_list && bfqd->large_burst) ||
6536                     bic->saved_in_large_burst)
6537                         bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq);
6538                 else {
6539                         bfq_clear_bfqq_in_large_burst(bfqq);
6540                         if (bic->was_in_burst_list)
6541                                 /*
6542                                  * If bfqq was in the current
6543                                  * burst list before being
6544                                  * merged, then we have to add
6545                                  * it back. And we do not need
6546                                  * to increase burst_size, as
6547                                  * we did not decrement
6548                                  * burst_size when we removed
6549                                  * bfqq from the burst list as
6550                                  * a consequence of a merge
6551                                  * (see comments in
6552                                  * bfq_put_queue). In this
6553                                  * respect, it would be rather
6554                                  * costly to know whether the
6555                                  * current burst list is still
6556                                  * the same burst list from
6557                                  * which bfqq was removed on
6558                                  * the merge. To avoid this
6559                                  * cost, if bfqq was in a
6560                                  * burst list, then we add
6561                                  * bfqq to the current burst
6562                                  * list without any further
6563                                  * check. This can cause
6564                                  * inappropriate insertions,
6565                                  * but rarely enough to not
6566                                  * harm the detection of large
6567                                  * bursts significantly.
6568                                  */
6569                                 hlist_add_head(&bfqq->burst_list_node,
6570                                                &bfqd->burst_list);
6571                 }
6572                 bfqq->split_time = jiffies;
6573         }
6574
6575         return bfqq;
6576 }
6577
6578 /*
6579  * Only reset private fields. The actual request preparation will be
6580  * performed by bfq_init_rq, when rq is either inserted or merged. See
6581  * comments on bfq_init_rq for the reason behind this delayed
6582  * preparation.
6583  */
6584 static void bfq_prepare_request(struct request *rq)
6585 {
6586         /*
6587          * Regardless of whether we have an icq attached, we have to
6588          * clear the scheduler pointers, as they might point to
6589          * previously allocated bic/bfqq structs.
6590          */
6591         rq->elv.priv[0] = rq->elv.priv[1] = NULL;
6592 }
6593
6594 /*
6595  * If needed, init rq, allocate bfq data structures associated with
6596  * rq, and increment reference counters in the destination bfq_queue
6597  * for rq. Return the destination bfq_queue for rq, or NULL is rq is
6598  * not associated with any bfq_queue.
6599  *
6600  * This function is invoked by the functions that perform rq insertion
6601  * or merging. One may have expected the above preparation operations
6602  * to be performed in bfq_prepare_request, and not delayed to when rq
6603  * is inserted or merged. The rationale behind this delayed
6604  * preparation is that, after the prepare_request hook is invoked for
6605  * rq, rq may still be transformed into a request with no icq, i.e., a
6606  * request not associated with any queue. No bfq hook is invoked to
6607  * signal this transformation. As a consequence, should these
6608  * preparation operations be performed when the prepare_request hook
6609  * is invoked, and should rq be transformed one moment later, bfq
6610  * would end up in an inconsistent state, because it would have
6611  * incremented some queue counters for an rq destined to
6612  * transformation, without any chance to correctly lower these
6613  * counters back. In contrast, no transformation can still happen for
6614  * rq after rq has been inserted or merged. So, it is safe to execute
6615  * these preparation operations when rq is finally inserted or merged.
6616  */
6617 static struct bfq_queue *bfq_init_rq(struct request *rq)
6618 {
6619         struct request_queue *q = rq->q;
6620         struct bio *bio = rq->bio;
6621         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
6622         struct bfq_io_cq *bic;
6623         const int is_sync = rq_is_sync(rq);
6624         struct bfq_queue *bfqq;
6625         bool new_queue = false;
6626         bool bfqq_already_existing = false, split = false;
6627
6628         if (unlikely(!rq->elv.icq))
6629                 return NULL;
6630
6631         /*
6632          * Assuming that elv.priv[1] is set only if everything is set
6633          * for this rq. This holds true, because this function is
6634          * invoked only for insertion or merging, and, after such
6635          * events, a request cannot be manipulated any longer before
6636          * being removed from bfq.
6637          */
6638         if (rq->elv.priv[1])
6639                 return rq->elv.priv[1];
6640
6641         bic = icq_to_bic(rq->elv.icq);
6642
6643         bfq_check_ioprio_change(bic, bio);
6644
6645         bfq_bic_update_cgroup(bic, bio);
6646
6647         bfqq = bfq_get_bfqq_handle_split(bfqd, bic, bio, false, is_sync,
6648                                          &new_queue);
6649
6650         if (likely(!new_queue)) {
6651                 /* If the queue was seeky for too long, break it apart. */
6652                 if (bfq_bfqq_coop(bfqq) && bfq_bfqq_split_coop(bfqq) &&
6653                         !bic->stably_merged) {
6654                         struct bfq_queue *old_bfqq = bfqq;
6655
6656                         /* Update bic before losing reference to bfqq */
6657                         if (bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq))
6658                                 bic->saved_in_large_burst = true;
6659
6660                         bfqq = bfq_split_bfqq(bic, bfqq);
6661                         split = true;
6662
6663                         if (!bfqq) {
6664                                 bfqq = bfq_get_bfqq_handle_split(bfqd, bic, bio,
6665                                                                  true, is_sync,
6666                                                                  NULL);
6667                                 bfqq->waker_bfqq = old_bfqq->waker_bfqq;
6668                                 bfqq->tentative_waker_bfqq = NULL;
6669
6670                                 /*
6671                                  * If the waker queue disappears, then
6672                                  * new_bfqq->waker_bfqq must be
6673                                  * reset. So insert new_bfqq into the
6674                                  * woken_list of the waker. See
6675                                  * bfq_check_waker for details.
6676                                  */
6677                                 if (bfqq->waker_bfqq)
6678                                         hlist_add_head(&bfqq->woken_list_node,
6679                                                        &bfqq->waker_bfqq->woken_list);
6680                         } else
6681                                 bfqq_already_existing = true;
6682                 }
6683         }
6684
6685         bfqq->allocated++;
6686         bfqq->ref++;
6687         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "get_request %p: bfqq %p, %d",
6688                      rq, bfqq, bfqq->ref);
6689
6690         rq->elv.priv[0] = bic;
6691         rq->elv.priv[1] = bfqq;
6692
6693         /*
6694          * If a bfq_queue has only one process reference, it is owned
6695          * by only this bic: we can then set bfqq->bic = bic. in
6696          * addition, if the queue has also just been split, we have to
6697          * resume its state.
6698          */
6699         if (likely(bfqq != &bfqd->oom_bfqq) && bfqq_process_refs(bfqq) == 1) {
6700                 bfqq->bic = bic;
6701                 if (split) {
6702                         /*
6703                          * The queue has just been split from a shared
6704                          * queue: restore the idle window and the
6705                          * possible weight raising period.
6706                          */
6707                         bfq_bfqq_resume_state(bfqq, bfqd, bic,
6708                                               bfqq_already_existing);
6709                 }
6710         }
6711
6712         /*
6713          * Consider bfqq as possibly belonging to a burst of newly
6714          * created queues only if:
6715          * 1) A burst is actually happening (bfqd->burst_size > 0)
6716          * or
6717          * 2) There is no other active queue. In fact, if, in
6718          *    contrast, there are active queues not belonging to the
6719          *    possible burst bfqq may belong to, then there is no gain
6720          *    in considering bfqq as belonging to a burst, and
6721          *    therefore in not weight-raising bfqq. See comments on
6722          *    bfq_handle_burst().
6723          *
6724          * This filtering also helps eliminating false positives,
6725          * occurring when bfqq does not belong to an actual large
6726          * burst, but some background task (e.g., a service) happens
6727          * to trigger the creation of new queues very close to when
6728          * bfqq and its possible companion queues are created. See
6729          * comments on bfq_handle_burst() for further details also on
6730          * this issue.
6731          */
6732         if (unlikely(bfq_bfqq_just_created(bfqq) &&
6733                      (bfqd->burst_size > 0 ||
6734                       bfq_tot_busy_queues(bfqd) == 0)))
6735                 bfq_handle_burst(bfqd, bfqq);
6736
6737         return bfqq;
6738 }
6739
6740 static void
6741 bfq_idle_slice_timer_body(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
6742 {
6743         enum bfqq_expiration reason;
6744         unsigned long flags;
6745
6746         spin_lock_irqsave(&bfqd->lock, flags);
6747
6748         /*
6749          * Considering that bfqq may be in race, we should firstly check
6750          * whether bfqq is in service before doing something on it. If
6751          * the bfqq in race is not in service, it has already been expired
6752          * through __bfq_bfqq_expire func and its wait_request flags has
6753          * been cleared in __bfq_bfqd_reset_in_service func.
6754          */
6755         if (bfqq != bfqd->in_service_queue) {
6756                 spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
6757                 return;
6758         }
6759
6760         bfq_clear_bfqq_wait_request(bfqq);
6761
6762         if (bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq))
6763                 /*
6764                  * Also here the queue can be safely expired
6765                  * for budget timeout without wasting
6766                  * guarantees
6767                  */
6768                 reason = BFQQE_BUDGET_TIMEOUT;
6769         else if (bfqq->queued[0] == 0 && bfqq->queued[1] == 0)
6770                 /*
6771                  * The queue may not be empty upon timer expiration,
6772                  * because we may not disable the timer when the
6773                  * first request of the in-service queue arrives
6774                  * during disk idling.
6775                  */
6776                 reason = BFQQE_TOO_IDLE;
6777         else
6778                 goto schedule_dispatch;
6779
6780         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, true, reason);
6781
6782 schedule_dispatch:
6783         spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
6784         bfq_schedule_dispatch(bfqd);
6785 }
6786
6787 /*
6788  * Handler of the expiration of the timer running if the in-service queue
6789  * is idling inside its time slice.
6790  */
6791 static enum hrtimer_restart bfq_idle_slice_timer(struct hrtimer *timer)
6792 {
6793         struct bfq_data *bfqd = container_of(timer, struct bfq_data,
6794                                              idle_slice_timer);
6795         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->in_service_queue;
6796
6797         /*
6798          * Theoretical race here: the in-service queue can be NULL or
6799          * different from the queue that was idling if a new request
6800          * arrives for the current queue and there is a full dispatch
6801          * cycle that changes the in-service queue.  This can hardly
6802          * happen, but in the worst case we just expire a queue too
6803          * early.
6804          */
6805         if (bfqq)
6806                 bfq_idle_slice_timer_body(bfqd, bfqq);
6807
6808         return HRTIMER_NORESTART;
6809 }
6810
6811 static void __bfq_put_async_bfqq(struct bfq_data *bfqd,
6812                                  struct bfq_queue **bfqq_ptr)
6813 {
6814         struct bfq_queue *bfqq = *bfqq_ptr;
6815
6816         bfq_log(bfqd, "put_async_bfqq: %p", bfqq);
6817         if (bfqq) {
6818                 bfq_bfqq_move(bfqd, bfqq, bfqd->root_group);
6819
6820                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "put_async_bfqq: putting %p, %d",
6821                              bfqq, bfqq->ref);
6822                 bfq_put_queue(bfqq);
6823                 *bfqq_ptr = NULL;
6824         }
6825 }
6826
6827 /*
6828  * Release all the bfqg references to its async queues.  If we are
6829  * deallocating the group these queues may still contain requests, so
6830  * we reparent them to the root cgroup (i.e., the only one that will
6831  * exist for sure until all the requests on a device are gone).
6832  */
6833 void bfq_put_async_queues(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_group *bfqg)
6834 {
6835         int i, j;
6836
6837         for (i = 0; i < 2; i++)
6838                 for (j = 0; j < IOPRIO_BE_NR; j++)
6839                         __bfq_put_async_bfqq(bfqd, &bfqg->async_bfqq[i][j]);
6840
6841         __bfq_put_async_bfqq(bfqd, &bfqg->async_idle_bfqq);
6842 }
6843
6844 /*
6845  * See the comments on bfq_limit_depth for the purpose of
6846  * the depths set in the function. Return minimum shallow depth we'll use.
6847  */
6848 static unsigned int bfq_update_depths(struct bfq_data *bfqd,
6849                                       struct sbitmap_queue *bt)
6850 {
6851         unsigned int i, j, min_shallow = UINT_MAX;
6852
6853         /*
6854          * In-word depths if no bfq_queue is being weight-raised:
6855          * leaving 25% of tags only for sync reads.
6856          *
6857          * In next formulas, right-shift the value
6858          * (1U<<bt->sb.shift), instead of computing directly
6859          * (1U<<(bt->sb.shift - something)), to be robust against
6860          * any possible value of bt->sb.shift, without having to
6861          * limit 'something'.
6862          */
6863         /* no more than 50% of tags for async I/O */
6864         bfqd->word_depths[0][0] = max((1U << bt->sb.shift) >> 1, 1U);
6865         /*
6866          * no more than 75% of tags for sync writes (25% extra tags
6867          * w.r.t. async I/O, to prevent async I/O from starving sync
6868          * writes)
6869          */
6870         bfqd->word_depths[0][1] = max(((1U << bt->sb.shift) * 3) >> 2, 1U);
6871
6872         /*
6873          * In-word depths in case some bfq_queue is being weight-
6874          * raised: leaving ~63% of tags for sync reads. This is the
6875          * highest percentage for which, in our tests, application
6876          * start-up times didn't suffer from any regression due to tag
6877          * shortage.
6878          */
6879         /* no more than ~18% of tags for async I/O */
6880         bfqd->word_depths[1][0] = max(((1U << bt->sb.shift) * 3) >> 4, 1U);
6881         /* no more than ~37% of tags for sync writes (~20% extra tags) */
6882         bfqd->word_depths[1][1] = max(((1U << bt->sb.shift) * 6) >> 4, 1U);
6883
6884         for (i = 0; i < 2; i++)
6885                 for (j = 0; j < 2; j++)
6886                         min_shallow = min(min_shallow, bfqd->word_depths[i][j]);
6887
6888         return min_shallow;
6889 }
6890
6891 static void bfq_depth_updated(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
6892 {
6893         struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
6894         struct blk_mq_tags *tags = hctx->sched_tags;
6895         unsigned int min_shallow;
6896
6897         min_shallow = bfq_update_depths(bfqd, tags->bitmap_tags);
6898         sbitmap_queue_min_shallow_depth(tags->bitmap_tags, min_shallow);
6899 }
6900
6901 static int bfq_init_hctx(struct blk_mq_hw_ctx *hctx, unsigned int index)
6902 {
6903         bfq_depth_updated(hctx);
6904         return 0;
6905 }
6906
6907 static void bfq_exit_queue(struct elevator_queue *e)
6908 {
6909         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
6910         struct bfq_queue *bfqq, *n;
6911
6912         hrtimer_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
6913
6914         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
6915         list_for_each_entry_safe(bfqq, n, &bfqd->idle_list, bfqq_list)
6916                 bfq_deactivate_bfqq(bfqd, bfqq, false, false);
6917         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
6918
6919         hrtimer_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
6920
6921         /* release oom-queue reference to root group */
6922         bfqg_and_blkg_put(bfqd->root_group);
6923
6924 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
6925         blkcg_deactivate_policy(bfqd->queue, &blkcg_policy_bfq);
6926 #else
6927         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
6928         bfq_put_async_queues(bfqd, bfqd->root_group);
6929         kfree(bfqd->root_group);
6930         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
6931 #endif
6932
6933         kfree(bfqd);
6934 }
6935
6936 static void bfq_init_root_group(struct bfq_group *root_group,
6937                                 struct bfq_data *bfqd)
6938 {
6939         int i;
6940
6941 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
6942         root_group->entity.parent = NULL;
6943         root_group->my_entity = NULL;
6944         root_group->bfqd = bfqd;
6945 #endif
6946         root_group->rq_pos_tree = RB_ROOT;
6947         for (i = 0; i < BFQ_IOPRIO_CLASSES; i++)
6948                 root_group->sched_data.service_tree[i] = BFQ_SERVICE_TREE_INIT;
6949         root_group->sched_data.bfq_class_idle_last_service = jiffies;
6950 }
6951
6952 static int bfq_init_queue(struct request_queue *q, struct elevator_type *e)
6953 {
6954         struct bfq_data *bfqd;
6955         struct elevator_queue *eq;
6956
6957         eq = elevator_alloc(q, e);
6958         if (!eq)
6959                 return -ENOMEM;
6960
6961         bfqd = kzalloc_node(sizeof(*bfqd), GFP_KERNEL, q->node);
6962         if (!bfqd) {
6963                 kobject_put(&eq->kobj);
6964                 return -ENOMEM;
6965         }
6966         eq->elevator_data = bfqd;
6967
6968         spin_lock_irq(&q->queue_lock);
6969         q->elevator = eq;
6970         spin_unlock_irq(&q->queue_lock);
6971
6972         /*
6973          * Our fallback bfqq if bfq_find_alloc_queue() runs into OOM issues.
6974          * Grab a permanent reference to it, so that the normal code flow
6975          * will not attempt to free it.
6976          */
6977         bfq_init_bfqq(bfqd, &bfqd->oom_bfqq, NULL, 1, 0);
6978         bfqd->oom_bfqq.ref++;
6979         bfqd->oom_bfqq.new_ioprio = BFQ_DEFAULT_QUEUE_IOPRIO;
6980         bfqd->oom_bfqq.new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_BE;
6981         bfqd->oom_bfqq.entity.new_weight =
6982                 bfq_ioprio_to_weight(bfqd->oom_bfqq.new_ioprio);
6983
6984         /* oom_bfqq does not participate to bursts */
6985         bfq_clear_bfqq_just_created(&bfqd->oom_bfqq);
6986
6987         /*
6988          * Trigger weight initialization, according to ioprio, at the
6989          * oom_bfqq's first activation. The oom_bfqq's ioprio and ioprio
6990          * class won't be changed any more.
6991          */
6992         bfqd->oom_bfqq.entity.prio_changed = 1;
6993
6994         bfqd->queue = q;
6995
6996         INIT_LIST_HEAD(&bfqd->dispatch);
6997
6998         hrtimer_init(&bfqd->idle_slice_timer, CLOCK_MONOTONIC,
6999                      HRTIMER_MODE_REL);
7000         bfqd->idle_slice_timer.function = bfq_idle_slice_timer;
7001
7002         bfqd->queue_weights_tree = RB_ROOT_CACHED;
7003         bfqd->num_groups_with_pending_reqs = 0;
7004
7005         INIT_LIST_HEAD(&bfqd->active_list);
7006         INIT_LIST_HEAD(&bfqd->idle_list);
7007         INIT_HLIST_HEAD(&bfqd->burst_list);
7008
7009         bfqd->hw_tag = -1;
7010         bfqd->nonrot_with_queueing = blk_queue_nonrot(bfqd->queue);
7011
7012         bfqd->bfq_max_budget = bfq_default_max_budget;
7013
7014         bfqd->bfq_fifo_expire[0] = bfq_fifo_expire[0];
7015         bfqd->bfq_fifo_expire[1] = bfq_fifo_expire[1];
7016         bfqd->bfq_back_max = bfq_back_max;
7017         bfqd->bfq_back_penalty = bfq_back_penalty;
7018         bfqd->bfq_slice_idle = bfq_slice_idle;
7019         bfqd->bfq_timeout = bfq_timeout;
7020
7021         bfqd->bfq_large_burst_thresh = 8;
7022         bfqd->bfq_burst_interval = msecs_to_jiffies(180);
7023
7024         bfqd->low_latency = true;
7025
7026         /*
7027          * Trade-off between responsiveness and fairness.
7028          */
7029         bfqd->bfq_wr_coeff = 30;
7030         bfqd->bfq_wr_rt_max_time = msecs_to_jiffies(300);
7031         bfqd->bfq_wr_max_time = 0;
7032         bfqd->bfq_wr_min_idle_time = msecs_to_jiffies(2000);
7033         bfqd->bfq_wr_min_inter_arr_async = msecs_to_jiffies(500);
7034         bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate = 7000; /*
7035                                               * Approximate rate required
7036                                               * to playback or record a
7037                                               * high-definition compressed
7038                                               * video.
7039                                               */
7040         bfqd->wr_busy_queues = 0;
7041
7042         /*
7043          * Begin by assuming, optimistically, that the device peak
7044          * rate is equal to 2/3 of the highest reference rate.
7045          */
7046         bfqd->rate_dur_prod = ref_rate[blk_queue_nonrot(bfqd->queue)] *
7047                 ref_wr_duration[blk_queue_nonrot(bfqd->queue)];
7048         bfqd->peak_rate = ref_rate[blk_queue_nonrot(bfqd->queue)] * 2 / 3;
7049
7050         spin_lock_init(&bfqd->lock);
7051
7052         /*
7053          * The invocation of the next bfq_create_group_hierarchy
7054          * function is the head of a chain of function calls
7055          * (bfq_create_group_hierarchy->blkcg_activate_policy->
7056          * blk_mq_freeze_queue) that may lead to the invocation of the
7057          * has_work hook function. For this reason,
7058          * bfq_create_group_hierarchy is invoked only after all
7059          * scheduler data has been initialized, apart from the fields
7060          * that can be initialized only after invoking
7061          * bfq_create_group_hierarchy. This, in particular, enables
7062          * has_work to correctly return false. Of course, to avoid
7063          * other inconsistencies, the blk-mq stack must then refrain
7064          * from invoking further scheduler hooks before this init
7065          * function is finished.
7066          */
7067         bfqd->root_group = bfq_create_group_hierarchy(bfqd, q->node);
7068         if (!bfqd->root_group)
7069                 goto out_free;
7070         bfq_init_root_group(bfqd->root_group, bfqd);
7071         bfq_init_entity(&bfqd->oom_bfqq.entity, bfqd->root_group);
7072
7073         wbt_disable_default(q);
7074         return 0;
7075
7076 out_free:
7077         kfree(bfqd);
7078         kobject_put(&eq->kobj);
7079         return -ENOMEM;
7080 }
7081
7082 static void bfq_slab_kill(void)
7083 {
7084         kmem_cache_destroy(bfq_pool);
7085 }
7086
7087 static int __init bfq_slab_setup(void)
7088 {
7089         bfq_pool = KMEM_CACHE(bfq_queue, 0);
7090         if (!bfq_pool)
7091                 return -ENOMEM;
7092         return 0;
7093 }
7094
7095 static ssize_t bfq_var_show(unsigned int var, char *page)
7096 {
7097         return sprintf(page, "%u\n", var);
7098 }
7099
7100 static int bfq_var_store(unsigned long *var, const char *page)
7101 {
7102         unsigned long new_val;
7103         int ret = kstrtoul(page, 10, &new_val);
7104
7105         if (ret)
7106                 return ret;
7107         *var = new_val;
7108         return 0;
7109 }
7110
7111 #define SHOW_FUNCTION(__FUNC, __VAR, __CONV)                            \
7112 static ssize_t __FUNC(struct elevator_queue *e, char *page)             \
7113 {                                                                       \
7114         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
7115         u64 __data = __VAR;                                             \
7116         if (__CONV == 1)                                                \
7117                 __data = jiffies_to_msecs(__data);                      \
7118         else if (__CONV == 2)                                           \
7119                 __data = div_u64(__data, NSEC_PER_MSEC);                \
7120         return bfq_var_show(__data, (page));                            \
7121 }
7122 SHOW_FUNCTION(bfq_fifo_expire_sync_show, bfqd->bfq_fifo_expire[1], 2);
7123 SHOW_FUNCTION(bfq_fifo_expire_async_show, bfqd->bfq_fifo_expire[0], 2);
7124 SHOW_FUNCTION(bfq_back_seek_max_show, bfqd->bfq_back_max, 0);
7125 SHOW_FUNCTION(bfq_back_seek_penalty_show, bfqd->bfq_back_penalty, 0);
7126 SHOW_FUNCTION(bfq_slice_idle_show, bfqd->bfq_slice_idle, 2);
7127 SHOW_FUNCTION(bfq_max_budget_show, bfqd->bfq_user_max_budget, 0);
7128 SHOW_FUNCTION(bfq_timeout_sync_show, bfqd->bfq_timeout, 1);
7129 SHOW_FUNCTION(bfq_strict_guarantees_show, bfqd->strict_guarantees, 0);
7130 SHOW_FUNCTION(bfq_low_latency_show, bfqd->low_latency, 0);
7131 #undef SHOW_FUNCTION
7132
7133 #define USEC_SHOW_FUNCTION(__FUNC, __VAR)                               \
7134 static ssize_t __FUNC(struct elevator_queue *e, char *page)             \
7135 {                                                                       \
7136         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
7137         u64 __data = __VAR;                                             \
7138         __data = div_u64(__data, NSEC_PER_USEC);                        \
7139         return bfq_var_show(__data, (page));                            \
7140 }
7141 USEC_SHOW_FUNCTION(bfq_slice_idle_us_show, bfqd->bfq_slice_idle);
7142 #undef USEC_SHOW_FUNCTION
7143
7144 #define STORE_FUNCTION(__FUNC, __PTR, MIN, MAX, __CONV)                 \
7145 static ssize_t                                                          \
7146 __FUNC(struct elevator_queue *e, const char *page, size_t count)        \
7147 {                                                                       \
7148         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
7149         unsigned long __data, __min = (MIN), __max = (MAX);             \
7150         int ret;                                                        \
7151                                                                         \
7152         ret = bfq_var_store(&__data, (page));                           \
7153         if (ret)                                                        \
7154                 return ret;                                             \
7155         if (__data < __min)                                             \
7156                 __data = __min;                                         \
7157         else if (__data > __max)                                        \
7158                 __data = __max;                                         \
7159         if (__CONV == 1)                                                \
7160                 *(__PTR) = msecs_to_jiffies(__data);                    \
7161         else if (__CONV == 2)                                           \
7162                 *(__PTR) = (u64)__data * NSEC_PER_MSEC;                 \
7163         else                                                            \
7164                 *(__PTR) = __data;                                      \
7165         return count;                                                   \
7166 }
7167 STORE_FUNCTION(bfq_fifo_expire_sync_store, &bfqd->bfq_fifo_expire[1], 1,
7168                 INT_MAX, 2);
7169 STORE_FUNCTION(bfq_fifo_expire_async_store, &bfqd->bfq_fifo_expire[0], 1,
7170                 INT_MAX, 2);
7171 STORE_FUNCTION(bfq_back_seek_max_store, &bfqd->bfq_back_max, 0, INT_MAX, 0);
7172 STORE_FUNCTION(bfq_back_seek_penalty_store, &bfqd->bfq_back_penalty, 1,
7173                 INT_MAX, 0);
7174 STORE_FUNCTION(bfq_slice_idle_store, &bfqd->bfq_slice_idle, 0, INT_MAX, 2);
7175 #undef STORE_FUNCTION
7176
7177 #define USEC_STORE_FUNCTION(__FUNC, __PTR, MIN, MAX)                    \
7178 static ssize_t __FUNC(struct elevator_queue *e, const char *page, size_t count)\
7179 {                                                                       \
7180         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
7181         unsigned long __data, __min = (MIN), __max = (MAX);             \
7182         int ret;                                                        \
7183                                                                         \
7184         ret = bfq_var_store(&__data, (page));                           \
7185         if (ret)                                                        \
7186                 return ret;                                             \
7187         if (__data < __min)                                             \
7188                 __data = __min;                                         \
7189         else if (__data > __max)                                        \
7190                 __data = __max;                                         \
7191         *(__PTR) = (u64)__data * NSEC_PER_USEC;                         \
7192         return count;                                                   \
7193 }
7194 USEC_STORE_FUNCTION(bfq_slice_idle_us_store, &bfqd->bfq_slice_idle, 0,
7195                     UINT_MAX);
7196 #undef USEC_STORE_FUNCTION
7197
7198 static ssize_t bfq_max_budget_store(struct elevator_queue *e,
7199                                     const char *page, size_t count)
7200 {
7201         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
7202         unsigned long __data;
7203         int ret;
7204
7205         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
7206         if (ret)
7207                 return ret;
7208
7209         if (__data == 0)
7210                 bfqd->bfq_max_budget = bfq_calc_max_budget(bfqd);
7211         else {
7212                 if (__data > INT_MAX)
7213                         __data = INT_MAX;
7214                 bfqd->bfq_max_budget = __data;
7215         }
7216
7217         bfqd->bfq_user_max_budget = __data;
7218
7219         return count;
7220 }
7221
7222 /*
7223  * Leaving this name to preserve name compatibility with cfq
7224  * parameters, but this timeout is used for both sync and async.
7225  */
7226 static ssize_t bfq_timeout_sync_store(struct elevator_queue *e,
7227                                       const char *page, size_t count)
7228 {
7229         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
7230         unsigned long __data;
7231         int ret;
7232
7233         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
7234         if (ret)
7235                 return ret;
7236
7237         if (__data < 1)
7238                 __data = 1;
7239         else if (__data > INT_MAX)
7240                 __data = INT_MAX;
7241
7242         bfqd->bfq_timeout = msecs_to_jiffies(__data);
7243         if (bfqd->bfq_user_max_budget == 0)
7244                 bfqd->bfq_max_budget = bfq_calc_max_budget(bfqd);
7245
7246         return count;
7247 }
7248
7249 static ssize_t bfq_strict_guarantees_store(struct elevator_queue *e,
7250                                      const char *page, size_t count)
7251 {
7252         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
7253         unsigned long __data;
7254         int ret;
7255
7256         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
7257         if (ret)
7258                 return ret;
7259
7260         if (__data > 1)
7261                 __data = 1;
7262         if (!bfqd->strict_guarantees && __data == 1
7263             && bfqd->bfq_slice_idle < 8 * NSEC_PER_MSEC)
7264                 bfqd->bfq_slice_idle = 8 * NSEC_PER_MSEC;
7265
7266         bfqd->strict_guarantees = __data;
7267
7268         return count;
7269 }
7270
7271 static ssize_t bfq_low_latency_store(struct elevator_queue *e,
7272                                      const char *page, size_t count)
7273 {
7274         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
7275         unsigned long __data;
7276         int ret;
7277
7278         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
7279         if (ret)
7280                 return ret;
7281
7282         if (__data > 1)
7283                 __data = 1;
7284         if (__data == 0 && bfqd->low_latency != 0)
7285                 bfq_end_wr(bfqd);
7286         bfqd->low_latency = __data;
7287
7288         return count;
7289 }
7290
7291 #define BFQ_ATTR(name) \
7292         __ATTR(name, 0644, bfq_##name##_show, bfq_##name##_store)
7293
7294 static struct elv_fs_entry bfq_attrs[] = {
7295         BFQ_ATTR(fifo_expire_sync),
7296         BFQ_ATTR(fifo_expire_async),
7297         BFQ_ATTR(back_seek_max),
7298         BFQ_ATTR(back_seek_penalty),
7299         BFQ_ATTR(slice_idle),
7300         BFQ_ATTR(slice_idle_us),
7301         BFQ_ATTR(max_budget),
7302         BFQ_ATTR(timeout_sync),
7303         BFQ_ATTR(strict_guarantees),
7304         BFQ_ATTR(low_latency),
7305         __ATTR_NULL
7306 };
7307
7308 static struct elevator_type iosched_bfq_mq = {
7309         .ops = {
7310                 .limit_depth            = bfq_limit_depth,
7311                 .prepare_request        = bfq_prepare_request,
7312                 .requeue_request        = bfq_finish_requeue_request,
7313                 .finish_request         = bfq_finish_requeue_request,
7314                 .exit_icq               = bfq_exit_icq,
7315                 .insert_requests        = bfq_insert_requests,
7316                 .dispatch_request       = bfq_dispatch_request,
7317                 .next_request           = elv_rb_latter_request,
7318                 .former_request         = elv_rb_former_request,
7319                 .allow_merge            = bfq_allow_bio_merge,
7320                 .bio_merge              = bfq_bio_merge,
7321                 .request_merge          = bfq_request_merge,
7322                 .requests_merged        = bfq_requests_merged,
7323                 .request_merged         = bfq_request_merged,
7324                 .has_work               = bfq_has_work,
7325                 .depth_updated          = bfq_depth_updated,
7326                 .init_hctx              = bfq_init_hctx,
7327                 .init_sched             = bfq_init_queue,
7328                 .exit_sched             = bfq_exit_queue,
7329         },
7330
7331         .icq_size =             sizeof(struct bfq_io_cq),
7332         .icq_align =            __alignof__(struct bfq_io_cq),
7333         .elevator_attrs =       bfq_attrs,
7334         .elevator_name =        "bfq",
7335         .elevator_owner =       THIS_MODULE,
7336 };
7337 MODULE_ALIAS("bfq-iosched");
7338
7339 static int __init bfq_init(void)
7340 {
7341         int ret;
7342
7343 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
7344         ret = blkcg_policy_register(&blkcg_policy_bfq);
7345         if (ret)
7346                 return ret;
7347 #endif
7348
7349         ret = -ENOMEM;
7350         if (bfq_slab_setup())
7351                 goto err_pol_unreg;
7352
7353         /*
7354          * Times to load large popular applications for the typical
7355          * systems installed on the reference devices (see the
7356          * comments before the definition of the next
7357          * array). Actually, we use slightly lower values, as the
7358          * estimated peak rate tends to be smaller than the actual
7359          * peak rate.  The reason for this last fact is that estimates
7360          * are computed over much shorter time intervals than the long
7361          * intervals typically used for benchmarking. Why? First, to
7362          * adapt more quickly to variations. Second, because an I/O
7363          * scheduler cannot rely on a peak-rate-evaluation workload to
7364          * be run for a long time.
7365          */
7366         ref_wr_duration[0] = msecs_to_jiffies(7000); /* actually 8 sec */
7367         ref_wr_duration[1] = msecs_to_jiffies(2500); /* actually 3 sec */
7368
7369         ret = elv_register(&iosched_bfq_mq);
7370         if (ret)
7371                 goto slab_kill;
7372
7373         return 0;
7374
7375 slab_kill:
7376         bfq_slab_kill();
7377 err_pol_unreg:
7378 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
7379         blkcg_policy_unregister(&blkcg_policy_bfq);
7380 #endif
7381         return ret;
7382 }
7383
7384 static void __exit bfq_exit(void)
7385 {
7386         elv_unregister(&iosched_bfq_mq);
7387 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
7388         blkcg_policy_unregister(&blkcg_policy_bfq);
7389 #endif
7390         bfq_slab_kill();
7391 }
7392
7393 module_init(bfq_init);
7394 module_exit(bfq_exit);
7395
7396 MODULE_AUTHOR("Paolo Valente");
7397 MODULE_LICENSE("GPL");
7398 MODULE_DESCRIPTION("MQ Budget Fair Queueing I/O Scheduler");