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