Linux 6.9-rc1
[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/ktime.h>
121 #include <linux/rbtree.h>
122 #include <linux/ioprio.h>
123 #include <linux/sbitmap.h>
124 #include <linux/delay.h>
125 #include <linux/backing-dev.h>
126
127 #include <trace/events/block.h>
128
129 #include "elevator.h"
130 #include "blk.h"
131 #include "blk-mq.h"
132 #include "blk-mq-sched.h"
133 #include "bfq-iosched.h"
134 #include "blk-wbt.h"
135
136 #define BFQ_BFQQ_FNS(name)                                              \
137 void bfq_mark_bfqq_##name(struct bfq_queue *bfqq)                       \
138 {                                                                       \
139         __set_bit(BFQQF_##name, &(bfqq)->flags);                        \
140 }                                                                       \
141 void bfq_clear_bfqq_##name(struct bfq_queue *bfqq)                      \
142 {                                                                       \
143         __clear_bit(BFQQF_##name, &(bfqq)->flags);              \
144 }                                                                       \
145 int bfq_bfqq_##name(const struct bfq_queue *bfqq)                       \
146 {                                                                       \
147         return test_bit(BFQQF_##name, &(bfqq)->flags);          \
148 }
149
150 BFQ_BFQQ_FNS(just_created);
151 BFQ_BFQQ_FNS(busy);
152 BFQ_BFQQ_FNS(wait_request);
153 BFQ_BFQQ_FNS(non_blocking_wait_rq);
154 BFQ_BFQQ_FNS(fifo_expire);
155 BFQ_BFQQ_FNS(has_short_ttime);
156 BFQ_BFQQ_FNS(sync);
157 BFQ_BFQQ_FNS(IO_bound);
158 BFQ_BFQQ_FNS(in_large_burst);
159 BFQ_BFQQ_FNS(coop);
160 BFQ_BFQQ_FNS(split_coop);
161 BFQ_BFQQ_FNS(softrt_update);
162 #undef BFQ_BFQQ_FNS                                             \
163
164 /* Expiration time of async (0) and sync (1) requests, in ns. */
165 static const u64 bfq_fifo_expire[2] = { NSEC_PER_SEC / 4, NSEC_PER_SEC / 8 };
166
167 /* Maximum backwards seek (magic number lifted from CFQ), in KiB. */
168 static const int bfq_back_max = 16 * 1024;
169
170 /* Penalty of a backwards seek, in number of sectors. */
171 static const int bfq_back_penalty = 2;
172
173 /* Idling period duration, in ns. */
174 static u64 bfq_slice_idle = NSEC_PER_SEC / 125;
175
176 /* Minimum number of assigned budgets for which stats are safe to compute. */
177 static const int bfq_stats_min_budgets = 194;
178
179 /* Default maximum budget values, in sectors and number of requests. */
180 static const int bfq_default_max_budget = 16 * 1024;
181
182 /*
183  * When a sync request is dispatched, the queue that contains that
184  * request, and all the ancestor entities of that queue, are charged
185  * with the number of sectors of the request. In contrast, if the
186  * request is async, then the queue and its ancestor entities are
187  * charged with the number of sectors of the request, multiplied by
188  * the factor below. This throttles the bandwidth for async I/O,
189  * w.r.t. to sync I/O, and it is done to counter the tendency of async
190  * writes to steal I/O throughput to reads.
191  *
192  * The current value of this parameter is the result of a tuning with
193  * several hardware and software configurations. We tried to find the
194  * lowest value for which writes do not cause noticeable problems to
195  * reads. In fact, the lower this parameter, the stabler I/O control,
196  * in the following respect.  The lower this parameter is, the less
197  * the bandwidth enjoyed by a group decreases
198  * - when the group does writes, w.r.t. to when it does reads;
199  * - when other groups do reads, w.r.t. to when they do writes.
200  */
201 static const int bfq_async_charge_factor = 3;
202
203 /* Default timeout values, in jiffies, approximating CFQ defaults. */
204 const int bfq_timeout = HZ / 8;
205
206 /*
207  * Time limit for merging (see comments in bfq_setup_cooperator). Set
208  * to the slowest value that, in our tests, proved to be effective in
209  * removing false positives, while not causing true positives to miss
210  * queue merging.
211  *
212  * As can be deduced from the low time limit below, queue merging, if
213  * successful, happens at the very beginning of the I/O of the involved
214  * cooperating processes, as a consequence of the arrival of the very
215  * first requests from each cooperator.  After that, there is very
216  * little chance to find cooperators.
217  */
218 static const unsigned long bfq_merge_time_limit = HZ/10;
219
220 static struct kmem_cache *bfq_pool;
221
222 /* Below this threshold (in ns), we consider thinktime immediate. */
223 #define BFQ_MIN_TT              (2 * NSEC_PER_MSEC)
224
225 /* hw_tag detection: parallel requests threshold and min samples needed. */
226 #define BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD  3
227 #define BFQ_HW_QUEUE_SAMPLES    32
228
229 #define BFQQ_SEEK_THR           (sector_t)(8 * 100)
230 #define BFQQ_SECT_THR_NONROT    (sector_t)(2 * 32)
231 #define BFQ_RQ_SEEKY(bfqd, last_pos, rq) \
232         (get_sdist(last_pos, rq) >                      \
233          BFQQ_SEEK_THR &&                               \
234          (!blk_queue_nonrot(bfqd->queue) ||             \
235           blk_rq_sectors(rq) < BFQQ_SECT_THR_NONROT))
236 #define BFQQ_CLOSE_THR          (sector_t)(8 * 1024)
237 #define BFQQ_SEEKY(bfqq)        (hweight32(bfqq->seek_history) > 19)
238 /*
239  * Sync random I/O is likely to be confused with soft real-time I/O,
240  * because it is characterized by limited throughput and apparently
241  * isochronous arrival pattern. To avoid false positives, queues
242  * containing only random (seeky) I/O are prevented from being tagged
243  * as soft real-time.
244  */
245 #define BFQQ_TOTALLY_SEEKY(bfqq)        (bfqq->seek_history == -1)
246
247 /* Min number of samples required to perform peak-rate update */
248 #define BFQ_RATE_MIN_SAMPLES    32
249 /* Min observation time interval required to perform a peak-rate update (ns) */
250 #define BFQ_RATE_MIN_INTERVAL   (300*NSEC_PER_MSEC)
251 /* Target observation time interval for a peak-rate update (ns) */
252 #define BFQ_RATE_REF_INTERVAL   NSEC_PER_SEC
253
254 /*
255  * Shift used for peak-rate fixed precision calculations.
256  * With
257  * - the current shift: 16 positions
258  * - the current type used to store rate: u32
259  * - the current unit of measure for rate: [sectors/usec], or, more precisely,
260  *   [(sectors/usec) / 2^BFQ_RATE_SHIFT] to take into account the shift,
261  * the range of rates that can be stored is
262  * [1 / 2^BFQ_RATE_SHIFT, 2^(32 - BFQ_RATE_SHIFT)] sectors/usec =
263  * [1 / 2^16, 2^16] sectors/usec = [15e-6, 65536] sectors/usec =
264  * [15, 65G] sectors/sec
265  * Which, assuming a sector size of 512B, corresponds to a range of
266  * [7.5K, 33T] B/sec
267  */
268 #define BFQ_RATE_SHIFT          16
269
270 /*
271  * When configured for computing the duration of the weight-raising
272  * for interactive queues automatically (see the comments at the
273  * beginning of this file), BFQ does it using the following formula:
274  * duration = (ref_rate / r) * ref_wr_duration,
275  * where r is the peak rate of the device, and ref_rate and
276  * ref_wr_duration are two reference parameters.  In particular,
277  * ref_rate is the peak rate of the reference storage device (see
278  * below), and ref_wr_duration is about the maximum time needed, with
279  * BFQ and while reading two files in parallel, to load typical large
280  * applications on the reference device (see the comments on
281  * max_service_from_wr below, for more details on how ref_wr_duration
282  * is obtained).  In practice, the slower/faster the device at hand
283  * is, the more/less it takes to load applications with respect to the
284  * reference device.  Accordingly, the longer/shorter BFQ grants
285  * weight raising to interactive applications.
286  *
287  * BFQ uses two different reference pairs (ref_rate, ref_wr_duration),
288  * depending on whether the device is rotational or non-rotational.
289  *
290  * In the following definitions, ref_rate[0] and ref_wr_duration[0]
291  * are the reference values for a rotational device, whereas
292  * ref_rate[1] and ref_wr_duration[1] are the reference values for a
293  * non-rotational device. The reference rates are not the actual peak
294  * rates of the devices used as a reference, but slightly lower
295  * values. The reason for using slightly lower values is that the
296  * peak-rate estimator tends to yield slightly lower values than the
297  * actual peak rate (it can yield the actual peak rate only if there
298  * is only one process doing I/O, and the process does sequential
299  * I/O).
300  *
301  * The reference peak rates are measured in sectors/usec, left-shifted
302  * by BFQ_RATE_SHIFT.
303  */
304 static int ref_rate[2] = {14000, 33000};
305 /*
306  * To improve readability, a conversion function is used to initialize
307  * the following array, which entails that the array can be
308  * initialized only in a function.
309  */
310 static int ref_wr_duration[2];
311
312 /*
313  * BFQ uses the above-detailed, time-based weight-raising mechanism to
314  * privilege interactive tasks. This mechanism is vulnerable to the
315  * following false positives: I/O-bound applications that will go on
316  * doing I/O for much longer than the duration of weight
317  * raising. These applications have basically no benefit from being
318  * weight-raised at the beginning of their I/O. On the opposite end,
319  * while being weight-raised, these applications
320  * a) unjustly steal throughput to applications that may actually need
321  * low latency;
322  * b) make BFQ uselessly perform device idling; device idling results
323  * in loss of device throughput with most flash-based storage, and may
324  * increase latencies when used purposelessly.
325  *
326  * BFQ tries to reduce these problems, by adopting the following
327  * countermeasure. To introduce this countermeasure, we need first to
328  * finish explaining how the duration of weight-raising for
329  * interactive tasks is computed.
330  *
331  * For a bfq_queue deemed as interactive, the duration of weight
332  * raising is dynamically adjusted, as a function of the estimated
333  * peak rate of the device, so as to be equal to the time needed to
334  * execute the 'largest' interactive task we benchmarked so far. By
335  * largest task, we mean the task for which each involved process has
336  * to do more I/O than for any of the other tasks we benchmarked. This
337  * reference interactive task is the start-up of LibreOffice Writer,
338  * and in this task each process/bfq_queue needs to have at most ~110K
339  * sectors transferred.
340  *
341  * This last piece of information enables BFQ to reduce the actual
342  * duration of weight-raising for at least one class of I/O-bound
343  * applications: those doing sequential or quasi-sequential I/O. An
344  * example is file copy. In fact, once started, the main I/O-bound
345  * processes of these applications usually consume the above 110K
346  * sectors in much less time than the processes of an application that
347  * is starting, because these I/O-bound processes will greedily devote
348  * almost all their CPU cycles only to their target,
349  * throughput-friendly I/O operations. This is even more true if BFQ
350  * happens to be underestimating the device peak rate, and thus
351  * overestimating the duration of weight raising. But, according to
352  * our measurements, once transferred 110K sectors, these processes
353  * have no right to be weight-raised any longer.
354  *
355  * Basing on the last consideration, BFQ ends weight-raising for a
356  * bfq_queue if the latter happens to have received an amount of
357  * service at least equal to the following constant. The constant is
358  * set to slightly more than 110K, to have a minimum safety margin.
359  *
360  * This early ending of weight-raising reduces the amount of time
361  * during which interactive false positives cause the two problems
362  * described at the beginning of these comments.
363  */
364 static const unsigned long max_service_from_wr = 120000;
365
366 /*
367  * Maximum time between the creation of two queues, for stable merge
368  * to be activated (in ms)
369  */
370 static const unsigned long bfq_activation_stable_merging = 600;
371 /*
372  * Minimum time to be waited before evaluating delayed stable merge (in ms)
373  */
374 static const unsigned long bfq_late_stable_merging = 600;
375
376 #define RQ_BIC(rq)              ((struct bfq_io_cq *)((rq)->elv.priv[0]))
377 #define RQ_BFQQ(rq)             ((rq)->elv.priv[1])
378
379 struct bfq_queue *bic_to_bfqq(struct bfq_io_cq *bic, bool is_sync,
380                               unsigned int actuator_idx)
381 {
382         if (is_sync)
383                 return bic->bfqq[1][actuator_idx];
384
385         return bic->bfqq[0][actuator_idx];
386 }
387
388 static void bfq_put_stable_ref(struct bfq_queue *bfqq);
389
390 void bic_set_bfqq(struct bfq_io_cq *bic,
391                   struct bfq_queue *bfqq,
392                   bool is_sync,
393                   unsigned int actuator_idx)
394 {
395         struct bfq_queue *old_bfqq = bic->bfqq[is_sync][actuator_idx];
396
397         /*
398          * If bfqq != NULL, then a non-stable queue merge between
399          * bic->bfqq and bfqq is happening here. This causes troubles
400          * in the following case: bic->bfqq has also been scheduled
401          * for a possible stable merge with bic->stable_merge_bfqq,
402          * and bic->stable_merge_bfqq == bfqq happens to
403          * hold. Troubles occur because bfqq may then undergo a split,
404          * thereby becoming eligible for a stable merge. Yet, if
405          * bic->stable_merge_bfqq points exactly to bfqq, then bfqq
406          * would be stably merged with itself. To avoid this anomaly,
407          * we cancel the stable merge if
408          * bic->stable_merge_bfqq == bfqq.
409          */
410         struct bfq_iocq_bfqq_data *bfqq_data = &bic->bfqq_data[actuator_idx];
411
412         /* Clear bic pointer if bfqq is detached from this bic */
413         if (old_bfqq && old_bfqq->bic == bic)
414                 old_bfqq->bic = NULL;
415
416         if (is_sync)
417                 bic->bfqq[1][actuator_idx] = bfqq;
418         else
419                 bic->bfqq[0][actuator_idx] = bfqq;
420
421         if (bfqq && bfqq_data->stable_merge_bfqq == bfqq) {
422                 /*
423                  * Actually, these same instructions are executed also
424                  * in bfq_setup_cooperator, in case of abort or actual
425                  * execution of a stable merge. We could avoid
426                  * repeating these instructions there too, but if we
427                  * did so, we would nest even more complexity in this
428                  * function.
429                  */
430                 bfq_put_stable_ref(bfqq_data->stable_merge_bfqq);
431
432                 bfqq_data->stable_merge_bfqq = NULL;
433         }
434 }
435
436 struct bfq_data *bic_to_bfqd(struct bfq_io_cq *bic)
437 {
438         return bic->icq.q->elevator->elevator_data;
439 }
440
441 /**
442  * icq_to_bic - convert iocontext queue structure to bfq_io_cq.
443  * @icq: the iocontext queue.
444  */
445 static struct bfq_io_cq *icq_to_bic(struct io_cq *icq)
446 {
447         /* bic->icq is the first member, %NULL will convert to %NULL */
448         return container_of(icq, struct bfq_io_cq, icq);
449 }
450
451 /**
452  * bfq_bic_lookup - search into @ioc a bic associated to @bfqd.
453  * @q: the request queue.
454  */
455 static struct bfq_io_cq *bfq_bic_lookup(struct request_queue *q)
456 {
457         struct bfq_io_cq *icq;
458         unsigned long flags;
459
460         if (!current->io_context)
461                 return NULL;
462
463         spin_lock_irqsave(&q->queue_lock, flags);
464         icq = icq_to_bic(ioc_lookup_icq(q));
465         spin_unlock_irqrestore(&q->queue_lock, flags);
466
467         return icq;
468 }
469
470 /*
471  * Scheduler run of queue, if there are requests pending and no one in the
472  * driver that will restart queueing.
473  */
474 void bfq_schedule_dispatch(struct bfq_data *bfqd)
475 {
476         lockdep_assert_held(&bfqd->lock);
477
478         if (bfqd->queued != 0) {
479                 bfq_log(bfqd, "schedule dispatch");
480                 blk_mq_run_hw_queues(bfqd->queue, true);
481         }
482 }
483
484 #define bfq_class_idle(bfqq)    ((bfqq)->ioprio_class == IOPRIO_CLASS_IDLE)
485
486 #define bfq_sample_valid(samples)       ((samples) > 80)
487
488 /*
489  * Lifted from AS - choose which of rq1 and rq2 that is best served now.
490  * We choose the request that is closer to the head right now.  Distance
491  * behind the head is penalized and only allowed to a certain extent.
492  */
493 static struct request *bfq_choose_req(struct bfq_data *bfqd,
494                                       struct request *rq1,
495                                       struct request *rq2,
496                                       sector_t last)
497 {
498         sector_t s1, s2, d1 = 0, d2 = 0;
499         unsigned long back_max;
500 #define BFQ_RQ1_WRAP    0x01 /* request 1 wraps */
501 #define BFQ_RQ2_WRAP    0x02 /* request 2 wraps */
502         unsigned int wrap = 0; /* bit mask: requests behind the disk head? */
503
504         if (!rq1 || rq1 == rq2)
505                 return rq2;
506         if (!rq2)
507                 return rq1;
508
509         if (rq_is_sync(rq1) && !rq_is_sync(rq2))
510                 return rq1;
511         else if (rq_is_sync(rq2) && !rq_is_sync(rq1))
512                 return rq2;
513         if ((rq1->cmd_flags & REQ_META) && !(rq2->cmd_flags & REQ_META))
514                 return rq1;
515         else if ((rq2->cmd_flags & REQ_META) && !(rq1->cmd_flags & REQ_META))
516                 return rq2;
517
518         s1 = blk_rq_pos(rq1);
519         s2 = blk_rq_pos(rq2);
520
521         /*
522          * By definition, 1KiB is 2 sectors.
523          */
524         back_max = bfqd->bfq_back_max * 2;
525
526         /*
527          * Strict one way elevator _except_ in the case where we allow
528          * short backward seeks which are biased as twice the cost of a
529          * similar forward seek.
530          */
531         if (s1 >= last)
532                 d1 = s1 - last;
533         else if (s1 + back_max >= last)
534                 d1 = (last - s1) * bfqd->bfq_back_penalty;
535         else
536                 wrap |= BFQ_RQ1_WRAP;
537
538         if (s2 >= last)
539                 d2 = s2 - last;
540         else if (s2 + back_max >= last)
541                 d2 = (last - s2) * bfqd->bfq_back_penalty;
542         else
543                 wrap |= BFQ_RQ2_WRAP;
544
545         /* Found required data */
546
547         /*
548          * By doing switch() on the bit mask "wrap" we avoid having to
549          * check two variables for all permutations: --> faster!
550          */
551         switch (wrap) {
552         case 0: /* common case for CFQ: rq1 and rq2 not wrapped */
553                 if (d1 < d2)
554                         return rq1;
555                 else if (d2 < d1)
556                         return rq2;
557
558                 if (s1 >= s2)
559                         return rq1;
560                 else
561                         return rq2;
562
563         case BFQ_RQ2_WRAP:
564                 return rq1;
565         case BFQ_RQ1_WRAP:
566                 return rq2;
567         case BFQ_RQ1_WRAP|BFQ_RQ2_WRAP: /* both rqs wrapped */
568         default:
569                 /*
570                  * Since both rqs are wrapped,
571                  * start with the one that's further behind head
572                  * (--> only *one* back seek required),
573                  * since back seek takes more time than forward.
574                  */
575                 if (s1 <= s2)
576                         return rq1;
577                 else
578                         return rq2;
579         }
580 }
581
582 #define BFQ_LIMIT_INLINE_DEPTH 16
583
584 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
585 static bool bfqq_request_over_limit(struct bfq_queue *bfqq, int limit)
586 {
587         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
588         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
589         struct bfq_entity *inline_entities[BFQ_LIMIT_INLINE_DEPTH];
590         struct bfq_entity **entities = inline_entities;
591         int depth, level, alloc_depth = BFQ_LIMIT_INLINE_DEPTH;
592         int class_idx = bfqq->ioprio_class - 1;
593         struct bfq_sched_data *sched_data;
594         unsigned long wsum;
595         bool ret = false;
596
597         if (!entity->on_st_or_in_serv)
598                 return false;
599
600 retry:
601         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
602         /* +1 for bfqq entity, root cgroup not included */
603         depth = bfqg_to_blkg(bfqq_group(bfqq))->blkcg->css.cgroup->level + 1;
604         if (depth > alloc_depth) {
605                 spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
606                 if (entities != inline_entities)
607                         kfree(entities);
608                 entities = kmalloc_array(depth, sizeof(*entities), GFP_NOIO);
609                 if (!entities)
610                         return false;
611                 alloc_depth = depth;
612                 goto retry;
613         }
614
615         sched_data = entity->sched_data;
616         /* Gather our ancestors as we need to traverse them in reverse order */
617         level = 0;
618         for_each_entity(entity) {
619                 /*
620                  * If at some level entity is not even active, allow request
621                  * queueing so that BFQ knows there's work to do and activate
622                  * entities.
623                  */
624                 if (!entity->on_st_or_in_serv)
625                         goto out;
626                 /* Uh, more parents than cgroup subsystem thinks? */
627                 if (WARN_ON_ONCE(level >= depth))
628                         break;
629                 entities[level++] = entity;
630         }
631         WARN_ON_ONCE(level != depth);
632         for (level--; level >= 0; level--) {
633                 entity = entities[level];
634                 if (level > 0) {
635                         wsum = bfq_entity_service_tree(entity)->wsum;
636                 } else {
637                         int i;
638                         /*
639                          * For bfqq itself we take into account service trees
640                          * of all higher priority classes and multiply their
641                          * weights so that low prio queue from higher class
642                          * gets more requests than high prio queue from lower
643                          * class.
644                          */
645                         wsum = 0;
646                         for (i = 0; i <= class_idx; i++) {
647                                 wsum = wsum * IOPRIO_BE_NR +
648                                         sched_data->service_tree[i].wsum;
649                         }
650                 }
651                 if (!wsum)
652                         continue;
653                 limit = DIV_ROUND_CLOSEST(limit * entity->weight, wsum);
654                 if (entity->allocated >= limit) {
655                         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq,
656                                 "too many requests: allocated %d limit %d level %d",
657                                 entity->allocated, limit, level);
658                         ret = true;
659                         break;
660                 }
661         }
662 out:
663         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
664         if (entities != inline_entities)
665                 kfree(entities);
666         return ret;
667 }
668 #else
669 static bool bfqq_request_over_limit(struct bfq_queue *bfqq, int limit)
670 {
671         return false;
672 }
673 #endif
674
675 /*
676  * Async I/O can easily starve sync I/O (both sync reads and sync
677  * writes), by consuming all tags. Similarly, storms of sync writes,
678  * such as those that sync(2) may trigger, can starve sync reads.
679  * Limit depths of async I/O and sync writes so as to counter both
680  * problems.
681  *
682  * Also if a bfq queue or its parent cgroup consume more tags than would be
683  * appropriate for their weight, we trim the available tag depth to 1. This
684  * avoids a situation where one cgroup can starve another cgroup from tags and
685  * thus block service differentiation among cgroups. Note that because the
686  * queue / cgroup already has many requests allocated and queued, this does not
687  * significantly affect service guarantees coming from the BFQ scheduling
688  * algorithm.
689  */
690 static void bfq_limit_depth(blk_opf_t opf, struct blk_mq_alloc_data *data)
691 {
692         struct bfq_data *bfqd = data->q->elevator->elevator_data;
693         struct bfq_io_cq *bic = bfq_bic_lookup(data->q);
694         int depth;
695         unsigned limit = data->q->nr_requests;
696         unsigned int act_idx;
697
698         /* Sync reads have full depth available */
699         if (op_is_sync(opf) && !op_is_write(opf)) {
700                 depth = 0;
701         } else {
702                 depth = bfqd->word_depths[!!bfqd->wr_busy_queues][op_is_sync(opf)];
703                 limit = (limit * depth) >> bfqd->full_depth_shift;
704         }
705
706         for (act_idx = 0; bic && act_idx < bfqd->num_actuators; act_idx++) {
707                 struct bfq_queue *bfqq =
708                         bic_to_bfqq(bic, op_is_sync(opf), act_idx);
709
710                 /*
711                  * Does queue (or any parent entity) exceed number of
712                  * requests that should be available to it? Heavily
713                  * limit depth so that it cannot consume more
714                  * available requests and thus starve other entities.
715                  */
716                 if (bfqq && bfqq_request_over_limit(bfqq, limit)) {
717                         depth = 1;
718                         break;
719                 }
720         }
721         bfq_log(bfqd, "[%s] wr_busy %d sync %d depth %u",
722                 __func__, bfqd->wr_busy_queues, op_is_sync(opf), depth);
723         if (depth)
724                 data->shallow_depth = depth;
725 }
726
727 static struct bfq_queue *
728 bfq_rq_pos_tree_lookup(struct bfq_data *bfqd, struct rb_root *root,
729                      sector_t sector, struct rb_node **ret_parent,
730                      struct rb_node ***rb_link)
731 {
732         struct rb_node **p, *parent;
733         struct bfq_queue *bfqq = NULL;
734
735         parent = NULL;
736         p = &root->rb_node;
737         while (*p) {
738                 struct rb_node **n;
739
740                 parent = *p;
741                 bfqq = rb_entry(parent, struct bfq_queue, pos_node);
742
743                 /*
744                  * Sort strictly based on sector. Smallest to the left,
745                  * largest to the right.
746                  */
747                 if (sector > blk_rq_pos(bfqq->next_rq))
748                         n = &(*p)->rb_right;
749                 else if (sector < blk_rq_pos(bfqq->next_rq))
750                         n = &(*p)->rb_left;
751                 else
752                         break;
753                 p = n;
754                 bfqq = NULL;
755         }
756
757         *ret_parent = parent;
758         if (rb_link)
759                 *rb_link = p;
760
761         bfq_log(bfqd, "rq_pos_tree_lookup %llu: returning %d",
762                 (unsigned long long)sector,
763                 bfqq ? bfqq->pid : 0);
764
765         return bfqq;
766 }
767
768 static bool bfq_too_late_for_merging(struct bfq_queue *bfqq)
769 {
770         return bfqq->service_from_backlogged > 0 &&
771                 time_is_before_jiffies(bfqq->first_IO_time +
772                                        bfq_merge_time_limit);
773 }
774
775 /*
776  * The following function is not marked as __cold because it is
777  * actually cold, but for the same performance goal described in the
778  * comments on the likely() at the beginning of
779  * bfq_setup_cooperator(). Unexpectedly, to reach an even lower
780  * execution time for the case where this function is not invoked, we
781  * had to add an unlikely() in each involved if().
782  */
783 void __cold
784 bfq_pos_tree_add_move(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
785 {
786         struct rb_node **p, *parent;
787         struct bfq_queue *__bfqq;
788
789         if (bfqq->pos_root) {
790                 rb_erase(&bfqq->pos_node, bfqq->pos_root);
791                 bfqq->pos_root = NULL;
792         }
793
794         /* oom_bfqq does not participate in queue merging */
795         if (bfqq == &bfqd->oom_bfqq)
796                 return;
797
798         /*
799          * bfqq cannot be merged any longer (see comments in
800          * bfq_setup_cooperator): no point in adding bfqq into the
801          * position tree.
802          */
803         if (bfq_too_late_for_merging(bfqq))
804                 return;
805
806         if (bfq_class_idle(bfqq))
807                 return;
808         if (!bfqq->next_rq)
809                 return;
810
811         bfqq->pos_root = &bfqq_group(bfqq)->rq_pos_tree;
812         __bfqq = bfq_rq_pos_tree_lookup(bfqd, bfqq->pos_root,
813                         blk_rq_pos(bfqq->next_rq), &parent, &p);
814         if (!__bfqq) {
815                 rb_link_node(&bfqq->pos_node, parent, p);
816                 rb_insert_color(&bfqq->pos_node, bfqq->pos_root);
817         } else
818                 bfqq->pos_root = NULL;
819 }
820
821 /*
822  * The following function returns false either if every active queue
823  * must receive the same share of the throughput (symmetric scenario),
824  * or, as a special case, if bfqq must receive a share of the
825  * throughput lower than or equal to the share that every other active
826  * queue must receive.  If bfqq does sync I/O, then these are the only
827  * two cases where bfqq happens to be guaranteed its share of the
828  * throughput even if I/O dispatching is not plugged when bfqq remains
829  * temporarily empty (for more details, see the comments in the
830  * function bfq_better_to_idle()). For this reason, the return value
831  * of this function is used to check whether I/O-dispatch plugging can
832  * be avoided.
833  *
834  * The above first case (symmetric scenario) occurs when:
835  * 1) all active queues have the same weight,
836  * 2) all active queues belong to the same I/O-priority class,
837  * 3) all active groups at the same level in the groups tree have the same
838  *    weight,
839  * 4) all active groups at the same level in the groups tree have the same
840  *    number of children.
841  *
842  * Unfortunately, keeping the necessary state for evaluating exactly
843  * the last two symmetry sub-conditions above would be quite complex
844  * and time consuming. Therefore this function evaluates, instead,
845  * only the following stronger three sub-conditions, for which it is
846  * much easier to maintain the needed state:
847  * 1) all active queues have the same weight,
848  * 2) all active queues belong to the same I/O-priority class,
849  * 3) there is at most one active group.
850  * In particular, the last condition is always true if hierarchical
851  * support or the cgroups interface are not enabled, thus no state
852  * needs to be maintained in this case.
853  */
854 static bool bfq_asymmetric_scenario(struct bfq_data *bfqd,
855                                    struct bfq_queue *bfqq)
856 {
857         bool smallest_weight = bfqq &&
858                 bfqq->weight_counter &&
859                 bfqq->weight_counter ==
860                 container_of(
861                         rb_first_cached(&bfqd->queue_weights_tree),
862                         struct bfq_weight_counter,
863                         weights_node);
864
865         /*
866          * For queue weights to differ, queue_weights_tree must contain
867          * at least two nodes.
868          */
869         bool varied_queue_weights = !smallest_weight &&
870                 !RB_EMPTY_ROOT(&bfqd->queue_weights_tree.rb_root) &&
871                 (bfqd->queue_weights_tree.rb_root.rb_node->rb_left ||
872                  bfqd->queue_weights_tree.rb_root.rb_node->rb_right);
873
874         bool multiple_classes_busy =
875                 (bfqd->busy_queues[0] && bfqd->busy_queues[1]) ||
876                 (bfqd->busy_queues[0] && bfqd->busy_queues[2]) ||
877                 (bfqd->busy_queues[1] && bfqd->busy_queues[2]);
878
879         return varied_queue_weights || multiple_classes_busy
880 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
881                || bfqd->num_groups_with_pending_reqs > 1
882 #endif
883                 ;
884 }
885
886 /*
887  * If the weight-counter tree passed as input contains no counter for
888  * the weight of the input queue, then add that counter; otherwise just
889  * increment the existing counter.
890  *
891  * Note that weight-counter trees contain few nodes in mostly symmetric
892  * scenarios. For example, if all queues have the same weight, then the
893  * weight-counter tree for the queues may contain at most one node.
894  * This holds even if low_latency is on, because weight-raised queues
895  * are not inserted in the tree.
896  * In most scenarios, the rate at which nodes are created/destroyed
897  * should be low too.
898  */
899 void bfq_weights_tree_add(struct bfq_queue *bfqq)
900 {
901         struct rb_root_cached *root = &bfqq->bfqd->queue_weights_tree;
902         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
903         struct rb_node **new = &(root->rb_root.rb_node), *parent = NULL;
904         bool leftmost = true;
905
906         /*
907          * Do not insert if the queue is already associated with a
908          * counter, which happens if:
909          *   1) a request arrival has caused the queue to become both
910          *      non-weight-raised, and hence change its weight, and
911          *      backlogged; in this respect, each of the two events
912          *      causes an invocation of this function,
913          *   2) this is the invocation of this function caused by the
914          *      second event. This second invocation is actually useless,
915          *      and we handle this fact by exiting immediately. More
916          *      efficient or clearer solutions might possibly be adopted.
917          */
918         if (bfqq->weight_counter)
919                 return;
920
921         while (*new) {
922                 struct bfq_weight_counter *__counter = container_of(*new,
923                                                 struct bfq_weight_counter,
924                                                 weights_node);
925                 parent = *new;
926
927                 if (entity->weight == __counter->weight) {
928                         bfqq->weight_counter = __counter;
929                         goto inc_counter;
930                 }
931                 if (entity->weight < __counter->weight)
932                         new = &((*new)->rb_left);
933                 else {
934                         new = &((*new)->rb_right);
935                         leftmost = false;
936                 }
937         }
938
939         bfqq->weight_counter = kzalloc(sizeof(struct bfq_weight_counter),
940                                        GFP_ATOMIC);
941
942         /*
943          * In the unlucky event of an allocation failure, we just
944          * exit. This will cause the weight of queue to not be
945          * considered in bfq_asymmetric_scenario, which, in its turn,
946          * causes the scenario to be deemed wrongly symmetric in case
947          * bfqq's weight would have been the only weight making the
948          * scenario asymmetric.  On the bright side, no unbalance will
949          * however occur when bfqq becomes inactive again (the
950          * invocation of this function is triggered by an activation
951          * of queue).  In fact, bfq_weights_tree_remove does nothing
952          * if !bfqq->weight_counter.
953          */
954         if (unlikely(!bfqq->weight_counter))
955                 return;
956
957         bfqq->weight_counter->weight = entity->weight;
958         rb_link_node(&bfqq->weight_counter->weights_node, parent, new);
959         rb_insert_color_cached(&bfqq->weight_counter->weights_node, root,
960                                 leftmost);
961
962 inc_counter:
963         bfqq->weight_counter->num_active++;
964         bfqq->ref++;
965 }
966
967 /*
968  * Decrement the weight counter associated with the queue, and, if the
969  * counter reaches 0, remove the counter from the tree.
970  * See the comments to the function bfq_weights_tree_add() for considerations
971  * about overhead.
972  */
973 void bfq_weights_tree_remove(struct bfq_queue *bfqq)
974 {
975         struct rb_root_cached *root;
976
977         if (!bfqq->weight_counter)
978                 return;
979
980         root = &bfqq->bfqd->queue_weights_tree;
981         bfqq->weight_counter->num_active--;
982         if (bfqq->weight_counter->num_active > 0)
983                 goto reset_entity_pointer;
984
985         rb_erase_cached(&bfqq->weight_counter->weights_node, root);
986         kfree(bfqq->weight_counter);
987
988 reset_entity_pointer:
989         bfqq->weight_counter = NULL;
990         bfq_put_queue(bfqq);
991 }
992
993 /*
994  * Return expired entry, or NULL to just start from scratch in rbtree.
995  */
996 static struct request *bfq_check_fifo(struct bfq_queue *bfqq,
997                                       struct request *last)
998 {
999         struct request *rq;
1000
1001         if (bfq_bfqq_fifo_expire(bfqq))
1002                 return NULL;
1003
1004         bfq_mark_bfqq_fifo_expire(bfqq);
1005
1006         rq = rq_entry_fifo(bfqq->fifo.next);
1007
1008         if (rq == last || blk_time_get_ns() < rq->fifo_time)
1009                 return NULL;
1010
1011         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "check_fifo: returned %p", rq);
1012         return rq;
1013 }
1014
1015 static struct request *bfq_find_next_rq(struct bfq_data *bfqd,
1016                                         struct bfq_queue *bfqq,
1017                                         struct request *last)
1018 {
1019         struct rb_node *rbnext = rb_next(&last->rb_node);
1020         struct rb_node *rbprev = rb_prev(&last->rb_node);
1021         struct request *next, *prev = NULL;
1022
1023         /* Follow expired path, else get first next available. */
1024         next = bfq_check_fifo(bfqq, last);
1025         if (next)
1026                 return next;
1027
1028         if (rbprev)
1029                 prev = rb_entry_rq(rbprev);
1030
1031         if (rbnext)
1032                 next = rb_entry_rq(rbnext);
1033         else {
1034                 rbnext = rb_first(&bfqq->sort_list);
1035                 if (rbnext && rbnext != &last->rb_node)
1036                         next = rb_entry_rq(rbnext);
1037         }
1038
1039         return bfq_choose_req(bfqd, next, prev, blk_rq_pos(last));
1040 }
1041
1042 /* see the definition of bfq_async_charge_factor for details */
1043 static unsigned long bfq_serv_to_charge(struct request *rq,
1044                                         struct bfq_queue *bfqq)
1045 {
1046         if (bfq_bfqq_sync(bfqq) || bfqq->wr_coeff > 1 ||
1047             bfq_asymmetric_scenario(bfqq->bfqd, bfqq))
1048                 return blk_rq_sectors(rq);
1049
1050         return blk_rq_sectors(rq) * bfq_async_charge_factor;
1051 }
1052
1053 /**
1054  * bfq_updated_next_req - update the queue after a new next_rq selection.
1055  * @bfqd: the device data the queue belongs to.
1056  * @bfqq: the queue to update.
1057  *
1058  * If the first request of a queue changes we make sure that the queue
1059  * has enough budget to serve at least its first request (if the
1060  * request has grown).  We do this because if the queue has not enough
1061  * budget for its first request, it has to go through two dispatch
1062  * rounds to actually get it dispatched.
1063  */
1064 static void bfq_updated_next_req(struct bfq_data *bfqd,
1065                                  struct bfq_queue *bfqq)
1066 {
1067         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
1068         struct request *next_rq = bfqq->next_rq;
1069         unsigned long new_budget;
1070
1071         if (!next_rq)
1072                 return;
1073
1074         if (bfqq == bfqd->in_service_queue)
1075                 /*
1076                  * In order not to break guarantees, budgets cannot be
1077                  * changed after an entity has been selected.
1078                  */
1079                 return;
1080
1081         new_budget = max_t(unsigned long,
1082                            max_t(unsigned long, bfqq->max_budget,
1083                                  bfq_serv_to_charge(next_rq, bfqq)),
1084                            entity->service);
1085         if (entity->budget != new_budget) {
1086                 entity->budget = new_budget;
1087                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "updated next rq: new budget %lu",
1088                                          new_budget);
1089                 bfq_requeue_bfqq(bfqd, bfqq, false);
1090         }
1091 }
1092
1093 static unsigned int bfq_wr_duration(struct bfq_data *bfqd)
1094 {
1095         u64 dur;
1096
1097         dur = bfqd->rate_dur_prod;
1098         do_div(dur, bfqd->peak_rate);
1099
1100         /*
1101          * Limit duration between 3 and 25 seconds. The upper limit
1102          * has been conservatively set after the following worst case:
1103          * on a QEMU/KVM virtual machine
1104          * - running in a slow PC
1105          * - with a virtual disk stacked on a slow low-end 5400rpm HDD
1106          * - serving a heavy I/O workload, such as the sequential reading
1107          *   of several files
1108          * mplayer took 23 seconds to start, if constantly weight-raised.
1109          *
1110          * As for higher values than that accommodating the above bad
1111          * scenario, tests show that higher values would often yield
1112          * the opposite of the desired result, i.e., would worsen
1113          * responsiveness by allowing non-interactive applications to
1114          * preserve weight raising for too long.
1115          *
1116          * On the other end, lower values than 3 seconds make it
1117          * difficult for most interactive tasks to complete their jobs
1118          * before weight-raising finishes.
1119          */
1120         return clamp_val(dur, msecs_to_jiffies(3000), msecs_to_jiffies(25000));
1121 }
1122
1123 /* switch back from soft real-time to interactive weight raising */
1124 static void switch_back_to_interactive_wr(struct bfq_queue *bfqq,
1125                                           struct bfq_data *bfqd)
1126 {
1127         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
1128         bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
1129         bfqq->last_wr_start_finish = bfqq->wr_start_at_switch_to_srt;
1130 }
1131
1132 static void
1133 bfq_bfqq_resume_state(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_data *bfqd,
1134                       struct bfq_io_cq *bic, bool bfq_already_existing)
1135 {
1136         unsigned int old_wr_coeff = 1;
1137         bool busy = bfq_already_existing && bfq_bfqq_busy(bfqq);
1138         unsigned int a_idx = bfqq->actuator_idx;
1139         struct bfq_iocq_bfqq_data *bfqq_data = &bic->bfqq_data[a_idx];
1140
1141         if (bfqq_data->saved_has_short_ttime)
1142                 bfq_mark_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
1143         else
1144                 bfq_clear_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
1145
1146         if (bfqq_data->saved_IO_bound)
1147                 bfq_mark_bfqq_IO_bound(bfqq);
1148         else
1149                 bfq_clear_bfqq_IO_bound(bfqq);
1150
1151         bfqq->last_serv_time_ns = bfqq_data->saved_last_serv_time_ns;
1152         bfqq->inject_limit = bfqq_data->saved_inject_limit;
1153         bfqq->decrease_time_jif = bfqq_data->saved_decrease_time_jif;
1154
1155         bfqq->entity.new_weight = bfqq_data->saved_weight;
1156         bfqq->ttime = bfqq_data->saved_ttime;
1157         bfqq->io_start_time = bfqq_data->saved_io_start_time;
1158         bfqq->tot_idle_time = bfqq_data->saved_tot_idle_time;
1159         /*
1160          * Restore weight coefficient only if low_latency is on
1161          */
1162         if (bfqd->low_latency) {
1163                 old_wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
1164                 bfqq->wr_coeff = bfqq_data->saved_wr_coeff;
1165         }
1166         bfqq->service_from_wr = bfqq_data->saved_service_from_wr;
1167         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt =
1168                 bfqq_data->saved_wr_start_at_switch_to_srt;
1169         bfqq->last_wr_start_finish = bfqq_data->saved_last_wr_start_finish;
1170         bfqq->wr_cur_max_time = bfqq_data->saved_wr_cur_max_time;
1171
1172         if (bfqq->wr_coeff > 1 && (bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq) ||
1173             time_is_before_jiffies(bfqq->last_wr_start_finish +
1174                                    bfqq->wr_cur_max_time))) {
1175                 if (bfqq->wr_cur_max_time == bfqd->bfq_wr_rt_max_time &&
1176                     !bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq) &&
1177                     time_is_after_eq_jiffies(bfqq->wr_start_at_switch_to_srt +
1178                                              bfq_wr_duration(bfqd))) {
1179                         switch_back_to_interactive_wr(bfqq, bfqd);
1180                 } else {
1181                         bfqq->wr_coeff = 1;
1182                         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq,
1183                                      "resume state: switching off wr");
1184                 }
1185         }
1186
1187         /* make sure weight will be updated, however we got here */
1188         bfqq->entity.prio_changed = 1;
1189
1190         if (likely(!busy))
1191                 return;
1192
1193         if (old_wr_coeff == 1 && bfqq->wr_coeff > 1)
1194                 bfqd->wr_busy_queues++;
1195         else if (old_wr_coeff > 1 && bfqq->wr_coeff == 1)
1196                 bfqd->wr_busy_queues--;
1197 }
1198
1199 static int bfqq_process_refs(struct bfq_queue *bfqq)
1200 {
1201         return bfqq->ref - bfqq->entity.allocated -
1202                 bfqq->entity.on_st_or_in_serv -
1203                 (bfqq->weight_counter != NULL) - bfqq->stable_ref;
1204 }
1205
1206 /* Empty burst list and add just bfqq (see comments on bfq_handle_burst) */
1207 static void bfq_reset_burst_list(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
1208 {
1209         struct bfq_queue *item;
1210         struct hlist_node *n;
1211
1212         hlist_for_each_entry_safe(item, n, &bfqd->burst_list, burst_list_node)
1213                 hlist_del_init(&item->burst_list_node);
1214
1215         /*
1216          * Start the creation of a new burst list only if there is no
1217          * active queue. See comments on the conditional invocation of
1218          * bfq_handle_burst().
1219          */
1220         if (bfq_tot_busy_queues(bfqd) == 0) {
1221                 hlist_add_head(&bfqq->burst_list_node, &bfqd->burst_list);
1222                 bfqd->burst_size = 1;
1223         } else
1224                 bfqd->burst_size = 0;
1225
1226         bfqd->burst_parent_entity = bfqq->entity.parent;
1227 }
1228
1229 /* Add bfqq to the list of queues in current burst (see bfq_handle_burst) */
1230 static void bfq_add_to_burst(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
1231 {
1232         /* Increment burst size to take into account also bfqq */
1233         bfqd->burst_size++;
1234
1235         if (bfqd->burst_size == bfqd->bfq_large_burst_thresh) {
1236                 struct bfq_queue *pos, *bfqq_item;
1237                 struct hlist_node *n;
1238
1239                 /*
1240                  * Enough queues have been activated shortly after each
1241                  * other to consider this burst as large.
1242                  */
1243                 bfqd->large_burst = true;
1244
1245                 /*
1246                  * We can now mark all queues in the burst list as
1247                  * belonging to a large burst.
1248                  */
1249                 hlist_for_each_entry(bfqq_item, &bfqd->burst_list,
1250                                      burst_list_node)
1251                         bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq_item);
1252                 bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq);
1253
1254                 /*
1255                  * From now on, and until the current burst finishes, any
1256                  * new queue being activated shortly after the last queue
1257                  * was inserted in the burst can be immediately marked as
1258                  * belonging to a large burst. So the burst list is not
1259                  * needed any more. Remove it.
1260                  */
1261                 hlist_for_each_entry_safe(pos, n, &bfqd->burst_list,
1262                                           burst_list_node)
1263                         hlist_del_init(&pos->burst_list_node);
1264         } else /*
1265                 * Burst not yet large: add bfqq to the burst list. Do
1266                 * not increment the ref counter for bfqq, because bfqq
1267                 * is removed from the burst list before freeing bfqq
1268                 * in put_queue.
1269                 */
1270                 hlist_add_head(&bfqq->burst_list_node, &bfqd->burst_list);
1271 }
1272
1273 /*
1274  * If many queues belonging to the same group happen to be created
1275  * shortly after each other, then the processes associated with these
1276  * queues have typically a common goal. In particular, bursts of queue
1277  * creations are usually caused by services or applications that spawn
1278  * many parallel threads/processes. Examples are systemd during boot,
1279  * or git grep. To help these processes get their job done as soon as
1280  * possible, it is usually better to not grant either weight-raising
1281  * or device idling to their queues, unless these queues must be
1282  * protected from the I/O flowing through other active queues.
1283  *
1284  * In this comment we describe, firstly, the reasons why this fact
1285  * holds, and, secondly, the next function, which implements the main
1286  * steps needed to properly mark these queues so that they can then be
1287  * treated in a different way.
1288  *
1289  * The above services or applications benefit mostly from a high
1290  * throughput: the quicker the requests of the activated queues are
1291  * cumulatively served, the sooner the target job of these queues gets
1292  * completed. As a consequence, weight-raising any of these queues,
1293  * which also implies idling the device for it, is almost always
1294  * counterproductive, unless there are other active queues to isolate
1295  * these new queues from. If there no other active queues, then
1296  * weight-raising these new queues just lowers throughput in most
1297  * cases.
1298  *
1299  * On the other hand, a burst of queue creations may be caused also by
1300  * the start of an application that does not consist of a lot of
1301  * parallel I/O-bound threads. In fact, with a complex application,
1302  * several short processes may need to be executed to start-up the
1303  * application. In this respect, to start an application as quickly as
1304  * possible, the best thing to do is in any case to privilege the I/O
1305  * related to the application with respect to all other
1306  * I/O. Therefore, the best strategy to start as quickly as possible
1307  * an application that causes a burst of queue creations is to
1308  * weight-raise all the queues created during the burst. This is the
1309  * exact opposite of the best strategy for the other type of bursts.
1310  *
1311  * In the end, to take the best action for each of the two cases, the
1312  * two types of bursts need to be distinguished. Fortunately, this
1313  * seems relatively easy, by looking at the sizes of the bursts. In
1314  * particular, we found a threshold such that only bursts with a
1315  * larger size than that threshold are apparently caused by
1316  * services or commands such as systemd or git grep. For brevity,
1317  * hereafter we call just 'large' these bursts. BFQ *does not*
1318  * weight-raise queues whose creation occurs in a large burst. In
1319  * addition, for each of these queues BFQ performs or does not perform
1320  * idling depending on which choice boosts the throughput more. The
1321  * exact choice depends on the device and request pattern at
1322  * hand.
1323  *
1324  * Unfortunately, false positives may occur while an interactive task
1325  * is starting (e.g., an application is being started). The
1326  * consequence is that the queues associated with the task do not
1327  * enjoy weight raising as expected. Fortunately these false positives
1328  * are very rare. They typically occur if some service happens to
1329  * start doing I/O exactly when the interactive task starts.
1330  *
1331  * Turning back to the next function, it is invoked only if there are
1332  * no active queues (apart from active queues that would belong to the
1333  * same, possible burst bfqq would belong to), and it implements all
1334  * the steps needed to detect the occurrence of a large burst and to
1335  * properly mark all the queues belonging to it (so that they can then
1336  * be treated in a different way). This goal is achieved by
1337  * maintaining a "burst list" that holds, temporarily, the queues that
1338  * belong to the burst in progress. The list is then used to mark
1339  * these queues as belonging to a large burst if the burst does become
1340  * large. The main steps are the following.
1341  *
1342  * . when the very first queue is created, the queue is inserted into the
1343  *   list (as it could be the first queue in a possible burst)
1344  *
1345  * . if the current burst has not yet become large, and a queue Q that does
1346  *   not yet belong to the burst is activated shortly after the last time
1347  *   at which a new queue entered the burst list, then the function appends
1348  *   Q to the burst list
1349  *
1350  * . if, as a consequence of the previous step, the burst size reaches
1351  *   the large-burst threshold, then
1352  *
1353  *     . all the queues in the burst list are marked as belonging to a
1354  *       large burst
1355  *
1356  *     . the burst list is deleted; in fact, the burst list already served
1357  *       its purpose (keeping temporarily track of the queues in a burst,
1358  *       so as to be able to mark them as belonging to a large burst in the
1359  *       previous sub-step), and now is not needed any more
1360  *
1361  *     . the device enters a large-burst mode
1362  *
1363  * . if a queue Q that does not belong to the burst is created while
1364  *   the device is in large-burst mode and shortly after the last time
1365  *   at which a queue either entered the burst list or was marked as
1366  *   belonging to the current large burst, then Q is immediately marked
1367  *   as belonging to a large burst.
1368  *
1369  * . if a queue Q that does not belong to the burst is created a while
1370  *   later, i.e., not shortly after, than the last time at which a queue
1371  *   either entered the burst list or was marked as belonging to the
1372  *   current large burst, then the current burst is deemed as finished and:
1373  *
1374  *        . the large-burst mode is reset if set
1375  *
1376  *        . the burst list is emptied
1377  *
1378  *        . Q is inserted in the burst list, as Q may be the first queue
1379  *          in a possible new burst (then the burst list contains just Q
1380  *          after this step).
1381  */
1382 static void bfq_handle_burst(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
1383 {
1384         /*
1385          * If bfqq is already in the burst list or is part of a large
1386          * burst, or finally has just been split, then there is
1387          * nothing else to do.
1388          */
1389         if (!hlist_unhashed(&bfqq->burst_list_node) ||
1390             bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq) ||
1391             time_is_after_eq_jiffies(bfqq->split_time +
1392                                      msecs_to_jiffies(10)))
1393                 return;
1394
1395         /*
1396          * If bfqq's creation happens late enough, or bfqq belongs to
1397          * a different group than the burst group, then the current
1398          * burst is finished, and related data structures must be
1399          * reset.
1400          *
1401          * In this respect, consider the special case where bfqq is
1402          * the very first queue created after BFQ is selected for this
1403          * device. In this case, last_ins_in_burst and
1404          * burst_parent_entity are not yet significant when we get
1405          * here. But it is easy to verify that, whether or not the
1406          * following condition is true, bfqq will end up being
1407          * inserted into the burst list. In particular the list will
1408          * happen to contain only bfqq. And this is exactly what has
1409          * to happen, as bfqq may be the first queue of the first
1410          * burst.
1411          */
1412         if (time_is_before_jiffies(bfqd->last_ins_in_burst +
1413             bfqd->bfq_burst_interval) ||
1414             bfqq->entity.parent != bfqd->burst_parent_entity) {
1415                 bfqd->large_burst = false;
1416                 bfq_reset_burst_list(bfqd, bfqq);
1417                 goto end;
1418         }
1419
1420         /*
1421          * If we get here, then bfqq is being activated shortly after the
1422          * last queue. So, if the current burst is also large, we can mark
1423          * bfqq as belonging to this large burst immediately.
1424          */
1425         if (bfqd->large_burst) {
1426                 bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq);
1427                 goto end;
1428         }
1429
1430         /*
1431          * If we get here, then a large-burst state has not yet been
1432          * reached, but bfqq is being activated shortly after the last
1433          * queue. Then we add bfqq to the burst.
1434          */
1435         bfq_add_to_burst(bfqd, bfqq);
1436 end:
1437         /*
1438          * At this point, bfqq either has been added to the current
1439          * burst or has caused the current burst to terminate and a
1440          * possible new burst to start. In particular, in the second
1441          * case, bfqq has become the first queue in the possible new
1442          * burst.  In both cases last_ins_in_burst needs to be moved
1443          * forward.
1444          */
1445         bfqd->last_ins_in_burst = jiffies;
1446 }
1447
1448 static int bfq_bfqq_budget_left(struct bfq_queue *bfqq)
1449 {
1450         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
1451
1452         return entity->budget - entity->service;
1453 }
1454
1455 /*
1456  * If enough samples have been computed, return the current max budget
1457  * stored in bfqd, which is dynamically updated according to the
1458  * estimated disk peak rate; otherwise return the default max budget
1459  */
1460 static int bfq_max_budget(struct bfq_data *bfqd)
1461 {
1462         if (bfqd->budgets_assigned < bfq_stats_min_budgets)
1463                 return bfq_default_max_budget;
1464         else
1465                 return bfqd->bfq_max_budget;
1466 }
1467
1468 /*
1469  * Return min budget, which is a fraction of the current or default
1470  * max budget (trying with 1/32)
1471  */
1472 static int bfq_min_budget(struct bfq_data *bfqd)
1473 {
1474         if (bfqd->budgets_assigned < bfq_stats_min_budgets)
1475                 return bfq_default_max_budget / 32;
1476         else
1477                 return bfqd->bfq_max_budget / 32;
1478 }
1479
1480 /*
1481  * The next function, invoked after the input queue bfqq switches from
1482  * idle to busy, updates the budget of bfqq. The function also tells
1483  * whether the in-service queue should be expired, by returning
1484  * true. The purpose of expiring the in-service queue is to give bfqq
1485  * the chance to possibly preempt the in-service queue, and the reason
1486  * for preempting the in-service queue is to achieve one of the two
1487  * goals below.
1488  *
1489  * 1. Guarantee to bfqq its reserved bandwidth even if bfqq has
1490  * expired because it has remained idle. In particular, bfqq may have
1491  * expired for one of the following two reasons:
1492  *
1493  * - BFQQE_NO_MORE_REQUESTS bfqq did not enjoy any device idling
1494  *   and did not make it to issue a new request before its last
1495  *   request was served;
1496  *
1497  * - BFQQE_TOO_IDLE bfqq did enjoy device idling, but did not issue
1498  *   a new request before the expiration of the idling-time.
1499  *
1500  * Even if bfqq has expired for one of the above reasons, the process
1501  * associated with the queue may be however issuing requests greedily,
1502  * and thus be sensitive to the bandwidth it receives (bfqq may have
1503  * remained idle for other reasons: CPU high load, bfqq not enjoying
1504  * idling, I/O throttling somewhere in the path from the process to
1505  * the I/O scheduler, ...). But if, after every expiration for one of
1506  * the above two reasons, bfqq has to wait for the service of at least
1507  * one full budget of another queue before being served again, then
1508  * bfqq is likely to get a much lower bandwidth or resource time than
1509  * its reserved ones. To address this issue, two countermeasures need
1510  * to be taken.
1511  *
1512  * First, the budget and the timestamps of bfqq need to be updated in
1513  * a special way on bfqq reactivation: they need to be updated as if
1514  * bfqq did not remain idle and did not expire. In fact, if they are
1515  * computed as if bfqq expired and remained idle until reactivation,
1516  * then the process associated with bfqq is treated as if, instead of
1517  * being greedy, it stopped issuing requests when bfqq remained idle,
1518  * and restarts issuing requests only on this reactivation. In other
1519  * words, the scheduler does not help the process recover the "service
1520  * hole" between bfqq expiration and reactivation. As a consequence,
1521  * the process receives a lower bandwidth than its reserved one. In
1522  * contrast, to recover this hole, the budget must be updated as if
1523  * bfqq was not expired at all before this reactivation, i.e., it must
1524  * be set to the value of the remaining budget when bfqq was
1525  * expired. Along the same line, timestamps need to be assigned the
1526  * value they had the last time bfqq was selected for service, i.e.,
1527  * before last expiration. Thus timestamps need to be back-shifted
1528  * with respect to their normal computation (see [1] for more details
1529  * on this tricky aspect).
1530  *
1531  * Secondly, to allow the process to recover the hole, the in-service
1532  * queue must be expired too, to give bfqq the chance to preempt it
1533  * immediately. In fact, if bfqq has to wait for a full budget of the
1534  * in-service queue to be completed, then it may become impossible to
1535  * let the process recover the hole, even if the back-shifted
1536  * timestamps of bfqq are lower than those of the in-service queue. If
1537  * this happens for most or all of the holes, then the process may not
1538  * receive its reserved bandwidth. In this respect, it is worth noting
1539  * that, being the service of outstanding requests unpreemptible, a
1540  * little fraction of the holes may however be unrecoverable, thereby
1541  * causing a little loss of bandwidth.
1542  *
1543  * The last important point is detecting whether bfqq does need this
1544  * bandwidth recovery. In this respect, the next function deems the
1545  * process associated with bfqq greedy, and thus allows it to recover
1546  * the hole, if: 1) the process is waiting for the arrival of a new
1547  * request (which implies that bfqq expired for one of the above two
1548  * reasons), and 2) such a request has arrived soon. The first
1549  * condition is controlled through the flag non_blocking_wait_rq,
1550  * while the second through the flag arrived_in_time. If both
1551  * conditions hold, then the function computes the budget in the
1552  * above-described special way, and signals that the in-service queue
1553  * should be expired. Timestamp back-shifting is done later in
1554  * __bfq_activate_entity.
1555  *
1556  * 2. Reduce latency. Even if timestamps are not backshifted to let
1557  * the process associated with bfqq recover a service hole, bfqq may
1558  * however happen to have, after being (re)activated, a lower finish
1559  * timestamp than the in-service queue.  That is, the next budget of
1560  * bfqq may have to be completed before the one of the in-service
1561  * queue. If this is the case, then preempting the in-service queue
1562  * allows this goal to be achieved, apart from the unpreemptible,
1563  * outstanding requests mentioned above.
1564  *
1565  * Unfortunately, regardless of which of the above two goals one wants
1566  * to achieve, service trees need first to be updated to know whether
1567  * the in-service queue must be preempted. To have service trees
1568  * correctly updated, the in-service queue must be expired and
1569  * rescheduled, and bfqq must be scheduled too. This is one of the
1570  * most costly operations (in future versions, the scheduling
1571  * mechanism may be re-designed in such a way to make it possible to
1572  * know whether preemption is needed without needing to update service
1573  * trees). In addition, queue preemptions almost always cause random
1574  * I/O, which may in turn cause loss of throughput. Finally, there may
1575  * even be no in-service queue when the next function is invoked (so,
1576  * no queue to compare timestamps with). Because of these facts, the
1577  * next function adopts the following simple scheme to avoid costly
1578  * operations, too frequent preemptions and too many dependencies on
1579  * the state of the scheduler: it requests the expiration of the
1580  * in-service queue (unconditionally) only for queues that need to
1581  * recover a hole. Then it delegates to other parts of the code the
1582  * responsibility of handling the above case 2.
1583  */
1584 static bool bfq_bfqq_update_budg_for_activation(struct bfq_data *bfqd,
1585                                                 struct bfq_queue *bfqq,
1586                                                 bool arrived_in_time)
1587 {
1588         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
1589
1590         /*
1591          * In the next compound condition, we check also whether there
1592          * is some budget left, because otherwise there is no point in
1593          * trying to go on serving bfqq with this same budget: bfqq
1594          * would be expired immediately after being selected for
1595          * service. This would only cause useless overhead.
1596          */
1597         if (bfq_bfqq_non_blocking_wait_rq(bfqq) && arrived_in_time &&
1598             bfq_bfqq_budget_left(bfqq) > 0) {
1599                 /*
1600                  * We do not clear the flag non_blocking_wait_rq here, as
1601                  * the latter is used in bfq_activate_bfqq to signal
1602                  * that timestamps need to be back-shifted (and is
1603                  * cleared right after).
1604                  */
1605
1606                 /*
1607                  * In next assignment we rely on that either
1608                  * entity->service or entity->budget are not updated
1609                  * on expiration if bfqq is empty (see
1610                  * __bfq_bfqq_recalc_budget). Thus both quantities
1611                  * remain unchanged after such an expiration, and the
1612                  * following statement therefore assigns to
1613                  * entity->budget the remaining budget on such an
1614                  * expiration.
1615                  */
1616                 entity->budget = min_t(unsigned long,
1617                                        bfq_bfqq_budget_left(bfqq),
1618                                        bfqq->max_budget);
1619
1620                 /*
1621                  * At this point, we have used entity->service to get
1622                  * the budget left (needed for updating
1623                  * entity->budget). Thus we finally can, and have to,
1624                  * reset entity->service. The latter must be reset
1625                  * because bfqq would otherwise be charged again for
1626                  * the service it has received during its previous
1627                  * service slot(s).
1628                  */
1629                 entity->service = 0;
1630
1631                 return true;
1632         }
1633
1634         /*
1635          * We can finally complete expiration, by setting service to 0.
1636          */
1637         entity->service = 0;
1638         entity->budget = max_t(unsigned long, bfqq->max_budget,
1639                                bfq_serv_to_charge(bfqq->next_rq, bfqq));
1640         bfq_clear_bfqq_non_blocking_wait_rq(bfqq);
1641         return false;
1642 }
1643
1644 /*
1645  * Return the farthest past time instant according to jiffies
1646  * macros.
1647  */
1648 static unsigned long bfq_smallest_from_now(void)
1649 {
1650         return jiffies - MAX_JIFFY_OFFSET;
1651 }
1652
1653 static void bfq_update_bfqq_wr_on_rq_arrival(struct bfq_data *bfqd,
1654                                              struct bfq_queue *bfqq,
1655                                              unsigned int old_wr_coeff,
1656                                              bool wr_or_deserves_wr,
1657                                              bool interactive,
1658                                              bool in_burst,
1659                                              bool soft_rt)
1660 {
1661         if (old_wr_coeff == 1 && wr_or_deserves_wr) {
1662                 /* start a weight-raising period */
1663                 if (interactive) {
1664                         bfqq->service_from_wr = 0;
1665                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
1666                         bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
1667                 } else {
1668                         /*
1669                          * No interactive weight raising in progress
1670                          * here: assign minus infinity to
1671                          * wr_start_at_switch_to_srt, to make sure
1672                          * that, at the end of the soft-real-time
1673                          * weight raising periods that is starting
1674                          * now, no interactive weight-raising period
1675                          * may be wrongly considered as still in
1676                          * progress (and thus actually started by
1677                          * mistake).
1678                          */
1679                         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt =
1680                                 bfq_smallest_from_now();
1681                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff *
1682                                 BFQ_SOFTRT_WEIGHT_FACTOR;
1683                         bfqq->wr_cur_max_time =
1684                                 bfqd->bfq_wr_rt_max_time;
1685                 }
1686
1687                 /*
1688                  * If needed, further reduce budget to make sure it is
1689                  * close to bfqq's backlog, so as to reduce the
1690                  * scheduling-error component due to a too large
1691                  * budget. Do not care about throughput consequences,
1692                  * but only about latency. Finally, do not assign a
1693                  * too small budget either, to avoid increasing
1694                  * latency by causing too frequent expirations.
1695                  */
1696                 bfqq->entity.budget = min_t(unsigned long,
1697                                             bfqq->entity.budget,
1698                                             2 * bfq_min_budget(bfqd));
1699         } else if (old_wr_coeff > 1) {
1700                 if (interactive) { /* update wr coeff and duration */
1701                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
1702                         bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
1703                 } else if (in_burst)
1704                         bfqq->wr_coeff = 1;
1705                 else if (soft_rt) {
1706                         /*
1707                          * The application is now or still meeting the
1708                          * requirements for being deemed soft rt.  We
1709                          * can then correctly and safely (re)charge
1710                          * the weight-raising duration for the
1711                          * application with the weight-raising
1712                          * duration for soft rt applications.
1713                          *
1714                          * In particular, doing this recharge now, i.e.,
1715                          * before the weight-raising period for the
1716                          * application finishes, reduces the probability
1717                          * of the following negative scenario:
1718                          * 1) the weight of a soft rt application is
1719                          *    raised at startup (as for any newly
1720                          *    created application),
1721                          * 2) since the application is not interactive,
1722                          *    at a certain time weight-raising is
1723                          *    stopped for the application,
1724                          * 3) at that time the application happens to
1725                          *    still have pending requests, and hence
1726                          *    is destined to not have a chance to be
1727                          *    deemed soft rt before these requests are
1728                          *    completed (see the comments to the
1729                          *    function bfq_bfqq_softrt_next_start()
1730                          *    for details on soft rt detection),
1731                          * 4) these pending requests experience a high
1732                          *    latency because the application is not
1733                          *    weight-raised while they are pending.
1734                          */
1735                         if (bfqq->wr_cur_max_time !=
1736                                 bfqd->bfq_wr_rt_max_time) {
1737                                 bfqq->wr_start_at_switch_to_srt =
1738                                         bfqq->last_wr_start_finish;
1739
1740                                 bfqq->wr_cur_max_time =
1741                                         bfqd->bfq_wr_rt_max_time;
1742                                 bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff *
1743                                         BFQ_SOFTRT_WEIGHT_FACTOR;
1744                         }
1745                         bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
1746                 }
1747         }
1748 }
1749
1750 static bool bfq_bfqq_idle_for_long_time(struct bfq_data *bfqd,
1751                                         struct bfq_queue *bfqq)
1752 {
1753         return bfqq->dispatched == 0 &&
1754                 time_is_before_jiffies(
1755                         bfqq->budget_timeout +
1756                         bfqd->bfq_wr_min_idle_time);
1757 }
1758
1759
1760 /*
1761  * Return true if bfqq is in a higher priority class, or has a higher
1762  * weight than the in-service queue.
1763  */
1764 static bool bfq_bfqq_higher_class_or_weight(struct bfq_queue *bfqq,
1765                                             struct bfq_queue *in_serv_bfqq)
1766 {
1767         int bfqq_weight, in_serv_weight;
1768
1769         if (bfqq->ioprio_class < in_serv_bfqq->ioprio_class)
1770                 return true;
1771
1772         if (in_serv_bfqq->entity.parent == bfqq->entity.parent) {
1773                 bfqq_weight = bfqq->entity.weight;
1774                 in_serv_weight = in_serv_bfqq->entity.weight;
1775         } else {
1776                 if (bfqq->entity.parent)
1777                         bfqq_weight = bfqq->entity.parent->weight;
1778                 else
1779                         bfqq_weight = bfqq->entity.weight;
1780                 if (in_serv_bfqq->entity.parent)
1781                         in_serv_weight = in_serv_bfqq->entity.parent->weight;
1782                 else
1783                         in_serv_weight = in_serv_bfqq->entity.weight;
1784         }
1785
1786         return bfqq_weight > in_serv_weight;
1787 }
1788
1789 /*
1790  * Get the index of the actuator that will serve bio.
1791  */
1792 static unsigned int bfq_actuator_index(struct bfq_data *bfqd, struct bio *bio)
1793 {
1794         unsigned int i;
1795         sector_t end;
1796
1797         /* no search needed if one or zero ranges present */
1798         if (bfqd->num_actuators == 1)
1799                 return 0;
1800
1801         /* bio_end_sector(bio) gives the sector after the last one */
1802         end = bio_end_sector(bio) - 1;
1803
1804         for (i = 0; i < bfqd->num_actuators; i++) {
1805                 if (end >= bfqd->sector[i] &&
1806                     end < bfqd->sector[i] + bfqd->nr_sectors[i])
1807                         return i;
1808         }
1809
1810         WARN_ONCE(true,
1811                   "bfq_actuator_index: bio sector out of ranges: end=%llu\n",
1812                   end);
1813         return 0;
1814 }
1815
1816 static bool bfq_better_to_idle(struct bfq_queue *bfqq);
1817
1818 static void bfq_bfqq_handle_idle_busy_switch(struct bfq_data *bfqd,
1819                                              struct bfq_queue *bfqq,
1820                                              int old_wr_coeff,
1821                                              struct request *rq,
1822                                              bool *interactive)
1823 {
1824         bool soft_rt, in_burst, wr_or_deserves_wr,
1825                 bfqq_wants_to_preempt,
1826                 idle_for_long_time = bfq_bfqq_idle_for_long_time(bfqd, bfqq),
1827                 /*
1828                  * See the comments on
1829                  * bfq_bfqq_update_budg_for_activation for
1830                  * details on the usage of the next variable.
1831                  */
1832                 arrived_in_time =  blk_time_get_ns() <=
1833                         bfqq->ttime.last_end_request +
1834                         bfqd->bfq_slice_idle * 3;
1835         unsigned int act_idx = bfq_actuator_index(bfqd, rq->bio);
1836         bool bfqq_non_merged_or_stably_merged =
1837                 bfqq->bic || RQ_BIC(rq)->bfqq_data[act_idx].stably_merged;
1838
1839         /*
1840          * bfqq deserves to be weight-raised if:
1841          * - it is sync,
1842          * - it does not belong to a large burst,
1843          * - it has been idle for enough time or is soft real-time,
1844          * - is linked to a bfq_io_cq (it is not shared in any sense),
1845          * - has a default weight (otherwise we assume the user wanted
1846          *   to control its weight explicitly)
1847          */
1848         in_burst = bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq);
1849         soft_rt = bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate > 0 &&
1850                 !BFQQ_TOTALLY_SEEKY(bfqq) &&
1851                 !in_burst &&
1852                 time_is_before_jiffies(bfqq->soft_rt_next_start) &&
1853                 bfqq->dispatched == 0 &&
1854                 bfqq->entity.new_weight == 40;
1855         *interactive = !in_burst && idle_for_long_time &&
1856                 bfqq->entity.new_weight == 40;
1857         /*
1858          * Merged bfq_queues are kept out of weight-raising
1859          * (low-latency) mechanisms. The reason is that these queues
1860          * are usually created for non-interactive and
1861          * non-soft-real-time tasks. Yet this is not the case for
1862          * stably-merged queues. These queues are merged just because
1863          * they are created shortly after each other. So they may
1864          * easily serve the I/O of an interactive or soft-real time
1865          * application, if the application happens to spawn multiple
1866          * processes. So let also stably-merged queued enjoy weight
1867          * raising.
1868          */
1869         wr_or_deserves_wr = bfqd->low_latency &&
1870                 (bfqq->wr_coeff > 1 ||
1871                  (bfq_bfqq_sync(bfqq) && bfqq_non_merged_or_stably_merged &&
1872                   (*interactive || soft_rt)));
1873
1874         /*
1875          * Using the last flag, update budget and check whether bfqq
1876          * may want to preempt the in-service queue.
1877          */
1878         bfqq_wants_to_preempt =
1879                 bfq_bfqq_update_budg_for_activation(bfqd, bfqq,
1880                                                     arrived_in_time);
1881
1882         /*
1883          * If bfqq happened to be activated in a burst, but has been
1884          * idle for much more than an interactive queue, then we
1885          * assume that, in the overall I/O initiated in the burst, the
1886          * I/O associated with bfqq is finished. So bfqq does not need
1887          * to be treated as a queue belonging to a burst
1888          * anymore. Accordingly, we reset bfqq's in_large_burst flag
1889          * if set, and remove bfqq from the burst list if it's
1890          * there. We do not decrement burst_size, because the fact
1891          * that bfqq does not need to belong to the burst list any
1892          * more does not invalidate the fact that bfqq was created in
1893          * a burst.
1894          */
1895         if (likely(!bfq_bfqq_just_created(bfqq)) &&
1896             idle_for_long_time &&
1897             time_is_before_jiffies(
1898                     bfqq->budget_timeout +
1899                     msecs_to_jiffies(10000))) {
1900                 hlist_del_init(&bfqq->burst_list_node);
1901                 bfq_clear_bfqq_in_large_burst(bfqq);
1902         }
1903
1904         bfq_clear_bfqq_just_created(bfqq);
1905
1906         if (bfqd->low_latency) {
1907                 if (unlikely(time_is_after_jiffies(bfqq->split_time)))
1908                         /* wraparound */
1909                         bfqq->split_time =
1910                                 jiffies - bfqd->bfq_wr_min_idle_time - 1;
1911
1912                 if (time_is_before_jiffies(bfqq->split_time +
1913                                            bfqd->bfq_wr_min_idle_time)) {
1914                         bfq_update_bfqq_wr_on_rq_arrival(bfqd, bfqq,
1915                                                          old_wr_coeff,
1916                                                          wr_or_deserves_wr,
1917                                                          *interactive,
1918                                                          in_burst,
1919                                                          soft_rt);
1920
1921                         if (old_wr_coeff != bfqq->wr_coeff)
1922                                 bfqq->entity.prio_changed = 1;
1923                 }
1924         }
1925
1926         bfqq->last_idle_bklogged = jiffies;
1927         bfqq->service_from_backlogged = 0;
1928         bfq_clear_bfqq_softrt_update(bfqq);
1929
1930         bfq_add_bfqq_busy(bfqq);
1931
1932         /*
1933          * Expire in-service queue if preemption may be needed for
1934          * guarantees or throughput. As for guarantees, we care
1935          * explicitly about two cases. The first is that bfqq has to
1936          * recover a service hole, as explained in the comments on
1937          * bfq_bfqq_update_budg_for_activation(), i.e., that
1938          * bfqq_wants_to_preempt is true. However, if bfqq does not
1939          * carry time-critical I/O, then bfqq's bandwidth is less
1940          * important than that of queues that carry time-critical I/O.
1941          * So, as a further constraint, we consider this case only if
1942          * bfqq is at least as weight-raised, i.e., at least as time
1943          * critical, as the in-service queue.
1944          *
1945          * The second case is that bfqq is in a higher priority class,
1946          * or has a higher weight than the in-service queue. If this
1947          * condition does not hold, we don't care because, even if
1948          * bfqq does not start to be served immediately, the resulting
1949          * delay for bfqq's I/O is however lower or much lower than
1950          * the ideal completion time to be guaranteed to bfqq's I/O.
1951          *
1952          * In both cases, preemption is needed only if, according to
1953          * the timestamps of both bfqq and of the in-service queue,
1954          * bfqq actually is the next queue to serve. So, to reduce
1955          * useless preemptions, the return value of
1956          * next_queue_may_preempt() is considered in the next compound
1957          * condition too. Yet next_queue_may_preempt() just checks a
1958          * simple, necessary condition for bfqq to be the next queue
1959          * to serve. In fact, to evaluate a sufficient condition, the
1960          * timestamps of the in-service queue would need to be
1961          * updated, and this operation is quite costly (see the
1962          * comments on bfq_bfqq_update_budg_for_activation()).
1963          *
1964          * As for throughput, we ask bfq_better_to_idle() whether we
1965          * still need to plug I/O dispatching. If bfq_better_to_idle()
1966          * says no, then plugging is not needed any longer, either to
1967          * boost throughput or to perserve service guarantees. Then
1968          * the best option is to stop plugging I/O, as not doing so
1969          * would certainly lower throughput. We may end up in this
1970          * case if: (1) upon a dispatch attempt, we detected that it
1971          * was better to plug I/O dispatch, and to wait for a new
1972          * request to arrive for the currently in-service queue, but
1973          * (2) this switch of bfqq to busy changes the scenario.
1974          */
1975         if (bfqd->in_service_queue &&
1976             ((bfqq_wants_to_preempt &&
1977               bfqq->wr_coeff >= bfqd->in_service_queue->wr_coeff) ||
1978              bfq_bfqq_higher_class_or_weight(bfqq, bfqd->in_service_queue) ||
1979              !bfq_better_to_idle(bfqd->in_service_queue)) &&
1980             next_queue_may_preempt(bfqd))
1981                 bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqd->in_service_queue,
1982                                 false, BFQQE_PREEMPTED);
1983 }
1984
1985 static void bfq_reset_inject_limit(struct bfq_data *bfqd,
1986                                    struct bfq_queue *bfqq)
1987 {
1988         /* invalidate baseline total service time */
1989         bfqq->last_serv_time_ns = 0;
1990
1991         /*
1992          * Reset pointer in case we are waiting for
1993          * some request completion.
1994          */
1995         bfqd->waited_rq = NULL;
1996
1997         /*
1998          * If bfqq has a short think time, then start by setting the
1999          * inject limit to 0 prudentially, because the service time of
2000          * an injected I/O request may be higher than the think time
2001          * of bfqq, and therefore, if one request was injected when
2002          * bfqq remains empty, this injected request might delay the
2003          * service of the next I/O request for bfqq significantly. In
2004          * case bfqq can actually tolerate some injection, then the
2005          * adaptive update will however raise the limit soon. This
2006          * lucky circumstance holds exactly because bfqq has a short
2007          * think time, and thus, after remaining empty, is likely to
2008          * get new I/O enqueued---and then completed---before being
2009          * expired. This is the very pattern that gives the
2010          * limit-update algorithm the chance to measure the effect of
2011          * injection on request service times, and then to update the
2012          * limit accordingly.
2013          *
2014          * However, in the following special case, the inject limit is
2015          * left to 1 even if the think time is short: bfqq's I/O is
2016          * synchronized with that of some other queue, i.e., bfqq may
2017          * receive new I/O only after the I/O of the other queue is
2018          * completed. Keeping the inject limit to 1 allows the
2019          * blocking I/O to be served while bfqq is in service. And
2020          * this is very convenient both for bfqq and for overall
2021          * throughput, as explained in detail in the comments in
2022          * bfq_update_has_short_ttime().
2023          *
2024          * On the opposite end, if bfqq has a long think time, then
2025          * start directly by 1, because:
2026          * a) on the bright side, keeping at most one request in
2027          * service in the drive is unlikely to cause any harm to the
2028          * latency of bfqq's requests, as the service time of a single
2029          * request is likely to be lower than the think time of bfqq;
2030          * b) on the downside, after becoming empty, bfqq is likely to
2031          * expire before getting its next request. With this request
2032          * arrival pattern, it is very hard to sample total service
2033          * times and update the inject limit accordingly (see comments
2034          * on bfq_update_inject_limit()). So the limit is likely to be
2035          * never, or at least seldom, updated.  As a consequence, by
2036          * setting the limit to 1, we avoid that no injection ever
2037          * occurs with bfqq. On the downside, this proactive step
2038          * further reduces chances to actually compute the baseline
2039          * total service time. Thus it reduces chances to execute the
2040          * limit-update algorithm and possibly raise the limit to more
2041          * than 1.
2042          */
2043         if (bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq))
2044                 bfqq->inject_limit = 0;
2045         else
2046                 bfqq->inject_limit = 1;
2047
2048         bfqq->decrease_time_jif = jiffies;
2049 }
2050
2051 static void bfq_update_io_intensity(struct bfq_queue *bfqq, u64 now_ns)
2052 {
2053         u64 tot_io_time = now_ns - bfqq->io_start_time;
2054
2055         if (RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) && bfqq->dispatched == 0)
2056                 bfqq->tot_idle_time +=
2057                         now_ns - bfqq->ttime.last_end_request;
2058
2059         if (unlikely(bfq_bfqq_just_created(bfqq)))
2060                 return;
2061
2062         /*
2063          * Must be busy for at least about 80% of the time to be
2064          * considered I/O bound.
2065          */
2066         if (bfqq->tot_idle_time * 5 > tot_io_time)
2067                 bfq_clear_bfqq_IO_bound(bfqq);
2068         else
2069                 bfq_mark_bfqq_IO_bound(bfqq);
2070
2071         /*
2072          * Keep an observation window of at most 200 ms in the past
2073          * from now.
2074          */
2075         if (tot_io_time > 200 * NSEC_PER_MSEC) {
2076                 bfqq->io_start_time = now_ns - (tot_io_time>>1);
2077                 bfqq->tot_idle_time >>= 1;
2078         }
2079 }
2080
2081 /*
2082  * Detect whether bfqq's I/O seems synchronized with that of some
2083  * other queue, i.e., whether bfqq, after remaining empty, happens to
2084  * receive new I/O only right after some I/O request of the other
2085  * queue has been completed. We call waker queue the other queue, and
2086  * we assume, for simplicity, that bfqq may have at most one waker
2087  * queue.
2088  *
2089  * A remarkable throughput boost can be reached by unconditionally
2090  * injecting the I/O of the waker queue, every time a new
2091  * bfq_dispatch_request happens to be invoked while I/O is being
2092  * plugged for bfqq.  In addition to boosting throughput, this
2093  * unblocks bfqq's I/O, thereby improving bandwidth and latency for
2094  * bfqq. Note that these same results may be achieved with the general
2095  * injection mechanism, but less effectively. For details on this
2096  * aspect, see the comments on the choice of the queue for injection
2097  * in bfq_select_queue().
2098  *
2099  * Turning back to the detection of a waker queue, a queue Q is deemed as a
2100  * waker queue for bfqq if, for three consecutive times, bfqq happens to become
2101  * non empty right after a request of Q has been completed within given
2102  * timeout. In this respect, even if bfqq is empty, we do not check for a waker
2103  * if it still has some in-flight I/O. In fact, in this case bfqq is actually
2104  * still being served by the drive, and may receive new I/O on the completion
2105  * of some of the in-flight requests. In particular, on the first time, Q is
2106  * tentatively set as a candidate waker queue, while on the third consecutive
2107  * time that Q is detected, the field waker_bfqq is set to Q, to confirm that Q
2108  * is a waker queue for bfqq. These detection steps are performed only if bfqq
2109  * has a long think time, so as to make it more likely that bfqq's I/O is
2110  * actually being blocked by a synchronization. This last filter, plus the
2111  * above three-times requirement and time limit for detection, make false
2112  * positives less likely.
2113  *
2114  * NOTE
2115  *
2116  * The sooner a waker queue is detected, the sooner throughput can be
2117  * boosted by injecting I/O from the waker queue. Fortunately,
2118  * detection is likely to be actually fast, for the following
2119  * reasons. While blocked by synchronization, bfqq has a long think
2120  * time. This implies that bfqq's inject limit is at least equal to 1
2121  * (see the comments in bfq_update_inject_limit()). So, thanks to
2122  * injection, the waker queue is likely to be served during the very
2123  * first I/O-plugging time interval for bfqq. This triggers the first
2124  * step of the detection mechanism. Thanks again to injection, the
2125  * candidate waker queue is then likely to be confirmed no later than
2126  * during the next I/O-plugging interval for bfqq.
2127  *
2128  * ISSUE
2129  *
2130  * On queue merging all waker information is lost.
2131  */
2132 static void bfq_check_waker(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
2133                             u64 now_ns)
2134 {
2135         char waker_name[MAX_BFQQ_NAME_LENGTH];
2136
2137         if (!bfqd->last_completed_rq_bfqq ||
2138             bfqd->last_completed_rq_bfqq == bfqq ||
2139             bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq) ||
2140             now_ns - bfqd->last_completion >= 4 * NSEC_PER_MSEC ||
2141             bfqd->last_completed_rq_bfqq == &bfqd->oom_bfqq ||
2142             bfqq == &bfqd->oom_bfqq)
2143                 return;
2144
2145         /*
2146          * We reset waker detection logic also if too much time has passed
2147          * since the first detection. If wakeups are rare, pointless idling
2148          * doesn't hurt throughput that much. The condition below makes sure
2149          * we do not uselessly idle blocking waker in more than 1/64 cases.
2150          */
2151         if (bfqd->last_completed_rq_bfqq !=
2152             bfqq->tentative_waker_bfqq ||
2153             now_ns > bfqq->waker_detection_started +
2154                                         128 * (u64)bfqd->bfq_slice_idle) {
2155                 /*
2156                  * First synchronization detected with a
2157                  * candidate waker queue, or with a different
2158                  * candidate waker queue from the current one.
2159                  */
2160                 bfqq->tentative_waker_bfqq =
2161                         bfqd->last_completed_rq_bfqq;
2162                 bfqq->num_waker_detections = 1;
2163                 bfqq->waker_detection_started = now_ns;
2164                 bfq_bfqq_name(bfqq->tentative_waker_bfqq, waker_name,
2165                               MAX_BFQQ_NAME_LENGTH);
2166                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "set tentative waker %s", waker_name);
2167         } else /* Same tentative waker queue detected again */
2168                 bfqq->num_waker_detections++;
2169
2170         if (bfqq->num_waker_detections == 3) {
2171                 bfqq->waker_bfqq = bfqd->last_completed_rq_bfqq;
2172                 bfqq->tentative_waker_bfqq = NULL;
2173                 bfq_bfqq_name(bfqq->waker_bfqq, waker_name,
2174                               MAX_BFQQ_NAME_LENGTH);
2175                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "set waker %s", waker_name);
2176
2177                 /*
2178                  * If the waker queue disappears, then
2179                  * bfqq->waker_bfqq must be reset. To
2180                  * this goal, we maintain in each
2181                  * waker queue a list, woken_list, of
2182                  * all the queues that reference the
2183                  * waker queue through their
2184                  * waker_bfqq pointer. When the waker
2185                  * queue exits, the waker_bfqq pointer
2186                  * of all the queues in the woken_list
2187                  * is reset.
2188                  *
2189                  * In addition, if bfqq is already in
2190                  * the woken_list of a waker queue,
2191                  * then, before being inserted into
2192                  * the woken_list of a new waker
2193                  * queue, bfqq must be removed from
2194                  * the woken_list of the old waker
2195                  * queue.
2196                  */
2197                 if (!hlist_unhashed(&bfqq->woken_list_node))
2198                         hlist_del_init(&bfqq->woken_list_node);
2199                 hlist_add_head(&bfqq->woken_list_node,
2200                                &bfqd->last_completed_rq_bfqq->woken_list);
2201         }
2202 }
2203
2204 static void bfq_add_request(struct request *rq)
2205 {
2206         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
2207         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
2208         struct request *next_rq, *prev;
2209         unsigned int old_wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
2210         bool interactive = false;
2211         u64 now_ns = blk_time_get_ns();
2212
2213         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "add_request %d", rq_is_sync(rq));
2214         bfqq->queued[rq_is_sync(rq)]++;
2215         /*
2216          * Updating of 'bfqd->queued' is protected by 'bfqd->lock', however, it
2217          * may be read without holding the lock in bfq_has_work().
2218          */
2219         WRITE_ONCE(bfqd->queued, bfqd->queued + 1);
2220
2221         if (bfq_bfqq_sync(bfqq) && RQ_BIC(rq)->requests <= 1) {
2222                 bfq_check_waker(bfqd, bfqq, now_ns);
2223
2224                 /*
2225                  * Periodically reset inject limit, to make sure that
2226                  * the latter eventually drops in case workload
2227                  * changes, see step (3) in the comments on
2228                  * bfq_update_inject_limit().
2229                  */
2230                 if (time_is_before_eq_jiffies(bfqq->decrease_time_jif +
2231                                              msecs_to_jiffies(1000)))
2232                         bfq_reset_inject_limit(bfqd, bfqq);
2233
2234                 /*
2235                  * The following conditions must hold to setup a new
2236                  * sampling of total service time, and then a new
2237                  * update of the inject limit:
2238                  * - bfqq is in service, because the total service
2239                  *   time is evaluated only for the I/O requests of
2240                  *   the queues in service;
2241                  * - this is the right occasion to compute or to
2242                  *   lower the baseline total service time, because
2243                  *   there are actually no requests in the drive,
2244                  *   or
2245                  *   the baseline total service time is available, and
2246                  *   this is the right occasion to compute the other
2247                  *   quantity needed to update the inject limit, i.e.,
2248                  *   the total service time caused by the amount of
2249                  *   injection allowed by the current value of the
2250                  *   limit. It is the right occasion because injection
2251                  *   has actually been performed during the service
2252                  *   hole, and there are still in-flight requests,
2253                  *   which are very likely to be exactly the injected
2254                  *   requests, or part of them;
2255                  * - the minimum interval for sampling the total
2256                  *   service time and updating the inject limit has
2257                  *   elapsed.
2258                  */
2259                 if (bfqq == bfqd->in_service_queue &&
2260                     (bfqd->tot_rq_in_driver == 0 ||
2261                      (bfqq->last_serv_time_ns > 0 &&
2262                       bfqd->rqs_injected && bfqd->tot_rq_in_driver > 0)) &&
2263                     time_is_before_eq_jiffies(bfqq->decrease_time_jif +
2264                                               msecs_to_jiffies(10))) {
2265                         bfqd->last_empty_occupied_ns = blk_time_get_ns();
2266                         /*
2267                          * Start the state machine for measuring the
2268                          * total service time of rq: setting
2269                          * wait_dispatch will cause bfqd->waited_rq to
2270                          * be set when rq will be dispatched.
2271                          */
2272                         bfqd->wait_dispatch = true;
2273                         /*
2274                          * If there is no I/O in service in the drive,
2275                          * then possible injection occurred before the
2276                          * arrival of rq will not affect the total
2277                          * service time of rq. So the injection limit
2278                          * must not be updated as a function of such
2279                          * total service time, unless new injection
2280                          * occurs before rq is completed. To have the
2281                          * injection limit updated only in the latter
2282                          * case, reset rqs_injected here (rqs_injected
2283                          * will be set in case injection is performed
2284                          * on bfqq before rq is completed).
2285                          */
2286                         if (bfqd->tot_rq_in_driver == 0)
2287                                 bfqd->rqs_injected = false;
2288                 }
2289         }
2290
2291         if (bfq_bfqq_sync(bfqq))
2292                 bfq_update_io_intensity(bfqq, now_ns);
2293
2294         elv_rb_add(&bfqq->sort_list, rq);
2295
2296         /*
2297          * Check if this request is a better next-serve candidate.
2298          */
2299         prev = bfqq->next_rq;
2300         next_rq = bfq_choose_req(bfqd, bfqq->next_rq, rq, bfqd->last_position);
2301         bfqq->next_rq = next_rq;
2302
2303         /*
2304          * Adjust priority tree position, if next_rq changes.
2305          * See comments on bfq_pos_tree_add_move() for the unlikely().
2306          */
2307         if (unlikely(!bfqd->nonrot_with_queueing && prev != bfqq->next_rq))
2308                 bfq_pos_tree_add_move(bfqd, bfqq);
2309
2310         if (!bfq_bfqq_busy(bfqq)) /* switching to busy ... */
2311                 bfq_bfqq_handle_idle_busy_switch(bfqd, bfqq, old_wr_coeff,
2312                                                  rq, &interactive);
2313         else {
2314                 if (bfqd->low_latency && old_wr_coeff == 1 && !rq_is_sync(rq) &&
2315                     time_is_before_jiffies(
2316                                 bfqq->last_wr_start_finish +
2317                                 bfqd->bfq_wr_min_inter_arr_async)) {
2318                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
2319                         bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
2320
2321                         bfqd->wr_busy_queues++;
2322                         bfqq->entity.prio_changed = 1;
2323                 }
2324                 if (prev != bfqq->next_rq)
2325                         bfq_updated_next_req(bfqd, bfqq);
2326         }
2327
2328         /*
2329          * Assign jiffies to last_wr_start_finish in the following
2330          * cases:
2331          *
2332          * . if bfqq is not going to be weight-raised, because, for
2333          *   non weight-raised queues, last_wr_start_finish stores the
2334          *   arrival time of the last request; as of now, this piece
2335          *   of information is used only for deciding whether to
2336          *   weight-raise async queues
2337          *
2338          * . if bfqq is not weight-raised, because, if bfqq is now
2339          *   switching to weight-raised, then last_wr_start_finish
2340          *   stores the time when weight-raising starts
2341          *
2342          * . if bfqq is interactive, because, regardless of whether
2343          *   bfqq is currently weight-raised, the weight-raising
2344          *   period must start or restart (this case is considered
2345          *   separately because it is not detected by the above
2346          *   conditions, if bfqq is already weight-raised)
2347          *
2348          * last_wr_start_finish has to be updated also if bfqq is soft
2349          * real-time, because the weight-raising period is constantly
2350          * restarted on idle-to-busy transitions for these queues, but
2351          * this is already done in bfq_bfqq_handle_idle_busy_switch if
2352          * needed.
2353          */
2354         if (bfqd->low_latency &&
2355                 (old_wr_coeff == 1 || bfqq->wr_coeff == 1 || interactive))
2356                 bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
2357 }
2358
2359 static struct request *bfq_find_rq_fmerge(struct bfq_data *bfqd,
2360                                           struct bio *bio,
2361                                           struct request_queue *q)
2362 {
2363         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->bio_bfqq;
2364
2365
2366         if (bfqq)
2367                 return elv_rb_find(&bfqq->sort_list, bio_end_sector(bio));
2368
2369         return NULL;
2370 }
2371
2372 static sector_t get_sdist(sector_t last_pos, struct request *rq)
2373 {
2374         if (last_pos)
2375                 return abs(blk_rq_pos(rq) - last_pos);
2376
2377         return 0;
2378 }
2379
2380 static void bfq_remove_request(struct request_queue *q,
2381                                struct request *rq)
2382 {
2383         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
2384         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
2385         const int sync = rq_is_sync(rq);
2386
2387         if (bfqq->next_rq == rq) {
2388                 bfqq->next_rq = bfq_find_next_rq(bfqd, bfqq, rq);
2389                 bfq_updated_next_req(bfqd, bfqq);
2390         }
2391
2392         if (rq->queuelist.prev != &rq->queuelist)
2393                 list_del_init(&rq->queuelist);
2394         bfqq->queued[sync]--;
2395         /*
2396          * Updating of 'bfqd->queued' is protected by 'bfqd->lock', however, it
2397          * may be read without holding the lock in bfq_has_work().
2398          */
2399         WRITE_ONCE(bfqd->queued, bfqd->queued - 1);
2400         elv_rb_del(&bfqq->sort_list, rq);
2401
2402         elv_rqhash_del(q, rq);
2403         if (q->last_merge == rq)
2404                 q->last_merge = NULL;
2405
2406         if (RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list)) {
2407                 bfqq->next_rq = NULL;
2408
2409                 if (bfq_bfqq_busy(bfqq) && bfqq != bfqd->in_service_queue) {
2410                         bfq_del_bfqq_busy(bfqq, false);
2411                         /*
2412                          * bfqq emptied. In normal operation, when
2413                          * bfqq is empty, bfqq->entity.service and
2414                          * bfqq->entity.budget must contain,
2415                          * respectively, the service received and the
2416                          * budget used last time bfqq emptied. These
2417                          * facts do not hold in this case, as at least
2418                          * this last removal occurred while bfqq is
2419                          * not in service. To avoid inconsistencies,
2420                          * reset both bfqq->entity.service and
2421                          * bfqq->entity.budget, if bfqq has still a
2422                          * process that may issue I/O requests to it.
2423                          */
2424                         bfqq->entity.budget = bfqq->entity.service = 0;
2425                 }
2426
2427                 /*
2428                  * Remove queue from request-position tree as it is empty.
2429                  */
2430                 if (bfqq->pos_root) {
2431                         rb_erase(&bfqq->pos_node, bfqq->pos_root);
2432                         bfqq->pos_root = NULL;
2433                 }
2434         } else {
2435                 /* see comments on bfq_pos_tree_add_move() for the unlikely() */
2436                 if (unlikely(!bfqd->nonrot_with_queueing))
2437                         bfq_pos_tree_add_move(bfqd, bfqq);
2438         }
2439
2440         if (rq->cmd_flags & REQ_META)
2441                 bfqq->meta_pending--;
2442
2443 }
2444
2445 static bool bfq_bio_merge(struct request_queue *q, struct bio *bio,
2446                 unsigned int nr_segs)
2447 {
2448         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
2449         struct request *free = NULL;
2450         /*
2451          * bfq_bic_lookup grabs the queue_lock: invoke it now and
2452          * store its return value for later use, to avoid nesting
2453          * queue_lock inside the bfqd->lock. We assume that the bic
2454          * returned by bfq_bic_lookup does not go away before
2455          * bfqd->lock is taken.
2456          */
2457         struct bfq_io_cq *bic = bfq_bic_lookup(q);
2458         bool ret;
2459
2460         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
2461
2462         if (bic) {
2463                 /*
2464                  * Make sure cgroup info is uptodate for current process before
2465                  * considering the merge.
2466                  */
2467                 bfq_bic_update_cgroup(bic, bio);
2468
2469                 bfqd->bio_bfqq = bic_to_bfqq(bic, op_is_sync(bio->bi_opf),
2470                                              bfq_actuator_index(bfqd, bio));
2471         } else {
2472                 bfqd->bio_bfqq = NULL;
2473         }
2474         bfqd->bio_bic = bic;
2475
2476         ret = blk_mq_sched_try_merge(q, bio, nr_segs, &free);
2477
2478         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
2479         if (free)
2480                 blk_mq_free_request(free);
2481
2482         return ret;
2483 }
2484
2485 static int bfq_request_merge(struct request_queue *q, struct request **req,
2486                              struct bio *bio)
2487 {
2488         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
2489         struct request *__rq;
2490
2491         __rq = bfq_find_rq_fmerge(bfqd, bio, q);
2492         if (__rq && elv_bio_merge_ok(__rq, bio)) {
2493                 *req = __rq;
2494
2495                 if (blk_discard_mergable(__rq))
2496                         return ELEVATOR_DISCARD_MERGE;
2497                 return ELEVATOR_FRONT_MERGE;
2498         }
2499
2500         return ELEVATOR_NO_MERGE;
2501 }
2502
2503 static void bfq_request_merged(struct request_queue *q, struct request *req,
2504                                enum elv_merge type)
2505 {
2506         if (type == ELEVATOR_FRONT_MERGE &&
2507             rb_prev(&req->rb_node) &&
2508             blk_rq_pos(req) <
2509             blk_rq_pos(container_of(rb_prev(&req->rb_node),
2510                                     struct request, rb_node))) {
2511                 struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(req);
2512                 struct bfq_data *bfqd;
2513                 struct request *prev, *next_rq;
2514
2515                 if (!bfqq)
2516                         return;
2517
2518                 bfqd = bfqq->bfqd;
2519
2520                 /* Reposition request in its sort_list */
2521                 elv_rb_del(&bfqq->sort_list, req);
2522                 elv_rb_add(&bfqq->sort_list, req);
2523
2524                 /* Choose next request to be served for bfqq */
2525                 prev = bfqq->next_rq;
2526                 next_rq = bfq_choose_req(bfqd, bfqq->next_rq, req,
2527                                          bfqd->last_position);
2528                 bfqq->next_rq = next_rq;
2529                 /*
2530                  * If next_rq changes, update both the queue's budget to
2531                  * fit the new request and the queue's position in its
2532                  * rq_pos_tree.
2533                  */
2534                 if (prev != bfqq->next_rq) {
2535                         bfq_updated_next_req(bfqd, bfqq);
2536                         /*
2537                          * See comments on bfq_pos_tree_add_move() for
2538                          * the unlikely().
2539                          */
2540                         if (unlikely(!bfqd->nonrot_with_queueing))
2541                                 bfq_pos_tree_add_move(bfqd, bfqq);
2542                 }
2543         }
2544 }
2545
2546 /*
2547  * This function is called to notify the scheduler that the requests
2548  * rq and 'next' have been merged, with 'next' going away.  BFQ
2549  * exploits this hook to address the following issue: if 'next' has a
2550  * fifo_time lower that rq, then the fifo_time of rq must be set to
2551  * the value of 'next', to not forget the greater age of 'next'.
2552  *
2553  * NOTE: in this function we assume that rq is in a bfq_queue, basing
2554  * on that rq is picked from the hash table q->elevator->hash, which,
2555  * in its turn, is filled only with I/O requests present in
2556  * bfq_queues, while BFQ is in use for the request queue q. In fact,
2557  * the function that fills this hash table (elv_rqhash_add) is called
2558  * only by bfq_insert_request.
2559  */
2560 static void bfq_requests_merged(struct request_queue *q, struct request *rq,
2561                                 struct request *next)
2562 {
2563         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq),
2564                 *next_bfqq = RQ_BFQQ(next);
2565
2566         if (!bfqq)
2567                 goto remove;
2568
2569         /*
2570          * If next and rq belong to the same bfq_queue and next is older
2571          * than rq, then reposition rq in the fifo (by substituting next
2572          * with rq). Otherwise, if next and rq belong to different
2573          * bfq_queues, never reposition rq: in fact, we would have to
2574          * reposition it with respect to next's position in its own fifo,
2575          * which would most certainly be too expensive with respect to
2576          * the benefits.
2577          */
2578         if (bfqq == next_bfqq &&
2579             !list_empty(&rq->queuelist) && !list_empty(&next->queuelist) &&
2580             next->fifo_time < rq->fifo_time) {
2581                 list_del_init(&rq->queuelist);
2582                 list_replace_init(&next->queuelist, &rq->queuelist);
2583                 rq->fifo_time = next->fifo_time;
2584         }
2585
2586         if (bfqq->next_rq == next)
2587                 bfqq->next_rq = rq;
2588
2589         bfqg_stats_update_io_merged(bfqq_group(bfqq), next->cmd_flags);
2590 remove:
2591         /* Merged request may be in the IO scheduler. Remove it. */
2592         if (!RB_EMPTY_NODE(&next->rb_node)) {
2593                 bfq_remove_request(next->q, next);
2594                 if (next_bfqq)
2595                         bfqg_stats_update_io_remove(bfqq_group(next_bfqq),
2596                                                     next->cmd_flags);
2597         }
2598 }
2599
2600 /* Must be called with bfqq != NULL */
2601 static void bfq_bfqq_end_wr(struct bfq_queue *bfqq)
2602 {
2603         /*
2604          * If bfqq has been enjoying interactive weight-raising, then
2605          * reset soft_rt_next_start. We do it for the following
2606          * reason. bfqq may have been conveying the I/O needed to load
2607          * a soft real-time application. Such an application actually
2608          * exhibits a soft real-time I/O pattern after it finishes
2609          * loading, and finally starts doing its job. But, if bfqq has
2610          * been receiving a lot of bandwidth so far (likely to happen
2611          * on a fast device), then soft_rt_next_start now contains a
2612          * high value that. So, without this reset, bfqq would be
2613          * prevented from being possibly considered as soft_rt for a
2614          * very long time.
2615          */
2616
2617         if (bfqq->wr_cur_max_time !=
2618             bfqq->bfqd->bfq_wr_rt_max_time)
2619                 bfqq->soft_rt_next_start = jiffies;
2620
2621         if (bfq_bfqq_busy(bfqq))
2622                 bfqq->bfqd->wr_busy_queues--;
2623         bfqq->wr_coeff = 1;
2624         bfqq->wr_cur_max_time = 0;
2625         bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
2626         /*
2627          * Trigger a weight change on the next invocation of
2628          * __bfq_entity_update_weight_prio.
2629          */
2630         bfqq->entity.prio_changed = 1;
2631 }
2632
2633 void bfq_end_wr_async_queues(struct bfq_data *bfqd,
2634                              struct bfq_group *bfqg)
2635 {
2636         int i, j, k;
2637
2638         for (k = 0; k < bfqd->num_actuators; k++) {
2639                 for (i = 0; i < 2; i++)
2640                         for (j = 0; j < IOPRIO_NR_LEVELS; j++)
2641                                 if (bfqg->async_bfqq[i][j][k])
2642                                         bfq_bfqq_end_wr(bfqg->async_bfqq[i][j][k]);
2643                 if (bfqg->async_idle_bfqq[k])
2644                         bfq_bfqq_end_wr(bfqg->async_idle_bfqq[k]);
2645         }
2646 }
2647
2648 static void bfq_end_wr(struct bfq_data *bfqd)
2649 {
2650         struct bfq_queue *bfqq;
2651         int i;
2652
2653         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
2654
2655         for (i = 0; i < bfqd->num_actuators; i++) {
2656                 list_for_each_entry(bfqq, &bfqd->active_list[i], bfqq_list)
2657                         bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
2658         }
2659         list_for_each_entry(bfqq, &bfqd->idle_list, bfqq_list)
2660                 bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
2661         bfq_end_wr_async(bfqd);
2662
2663         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
2664 }
2665
2666 static sector_t bfq_io_struct_pos(void *io_struct, bool request)
2667 {
2668         if (request)
2669                 return blk_rq_pos(io_struct);
2670         else
2671                 return ((struct bio *)io_struct)->bi_iter.bi_sector;
2672 }
2673
2674 static int bfq_rq_close_to_sector(void *io_struct, bool request,
2675                                   sector_t sector)
2676 {
2677         return abs(bfq_io_struct_pos(io_struct, request) - sector) <=
2678                BFQQ_CLOSE_THR;
2679 }
2680
2681 static struct bfq_queue *bfqq_find_close(struct bfq_data *bfqd,
2682                                          struct bfq_queue *bfqq,
2683                                          sector_t sector)
2684 {
2685         struct rb_root *root = &bfqq_group(bfqq)->rq_pos_tree;
2686         struct rb_node *parent, *node;
2687         struct bfq_queue *__bfqq;
2688
2689         if (RB_EMPTY_ROOT(root))
2690                 return NULL;
2691
2692         /*
2693          * First, if we find a request starting at the end of the last
2694          * request, choose it.
2695          */
2696         __bfqq = bfq_rq_pos_tree_lookup(bfqd, root, sector, &parent, NULL);
2697         if (__bfqq)
2698                 return __bfqq;
2699
2700         /*
2701          * If the exact sector wasn't found, the parent of the NULL leaf
2702          * will contain the closest sector (rq_pos_tree sorted by
2703          * next_request position).
2704          */
2705         __bfqq = rb_entry(parent, struct bfq_queue, pos_node);
2706         if (bfq_rq_close_to_sector(__bfqq->next_rq, true, sector))
2707                 return __bfqq;
2708
2709         if (blk_rq_pos(__bfqq->next_rq) < sector)
2710                 node = rb_next(&__bfqq->pos_node);
2711         else
2712                 node = rb_prev(&__bfqq->pos_node);
2713         if (!node)
2714                 return NULL;
2715
2716         __bfqq = rb_entry(node, struct bfq_queue, pos_node);
2717         if (bfq_rq_close_to_sector(__bfqq->next_rq, true, sector))
2718                 return __bfqq;
2719
2720         return NULL;
2721 }
2722
2723 static struct bfq_queue *bfq_find_close_cooperator(struct bfq_data *bfqd,
2724                                                    struct bfq_queue *cur_bfqq,
2725                                                    sector_t sector)
2726 {
2727         struct bfq_queue *bfqq;
2728
2729         /*
2730          * We shall notice if some of the queues are cooperating,
2731          * e.g., working closely on the same area of the device. In
2732          * that case, we can group them together and: 1) don't waste
2733          * time idling, and 2) serve the union of their requests in
2734          * the best possible order for throughput.
2735          */
2736         bfqq = bfqq_find_close(bfqd, cur_bfqq, sector);
2737         if (!bfqq || bfqq == cur_bfqq)
2738                 return NULL;
2739
2740         return bfqq;
2741 }
2742
2743 static struct bfq_queue *
2744 bfq_setup_merge(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_queue *new_bfqq)
2745 {
2746         int process_refs, new_process_refs;
2747         struct bfq_queue *__bfqq;
2748
2749         /*
2750          * If there are no process references on the new_bfqq, then it is
2751          * unsafe to follow the ->new_bfqq chain as other bfqq's in the chain
2752          * may have dropped their last reference (not just their last process
2753          * reference).
2754          */
2755         if (!bfqq_process_refs(new_bfqq))
2756                 return NULL;
2757
2758         /* Avoid a circular list and skip interim queue merges. */
2759         while ((__bfqq = new_bfqq->new_bfqq)) {
2760                 if (__bfqq == bfqq)
2761                         return NULL;
2762                 new_bfqq = __bfqq;
2763         }
2764
2765         process_refs = bfqq_process_refs(bfqq);
2766         new_process_refs = bfqq_process_refs(new_bfqq);
2767         /*
2768          * If the process for the bfqq has gone away, there is no
2769          * sense in merging the queues.
2770          */
2771         if (process_refs == 0 || new_process_refs == 0)
2772                 return NULL;
2773
2774         /*
2775          * Make sure merged queues belong to the same parent. Parents could
2776          * have changed since the time we decided the two queues are suitable
2777          * for merging.
2778          */
2779         if (new_bfqq->entity.parent != bfqq->entity.parent)
2780                 return NULL;
2781
2782         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "scheduling merge with queue %d",
2783                 new_bfqq->pid);
2784
2785         /*
2786          * Merging is just a redirection: the requests of the process
2787          * owning one of the two queues are redirected to the other queue.
2788          * The latter queue, in its turn, is set as shared if this is the
2789          * first time that the requests of some process are redirected to
2790          * it.
2791          *
2792          * We redirect bfqq to new_bfqq and not the opposite, because
2793          * we are in the context of the process owning bfqq, thus we
2794          * have the io_cq of this process. So we can immediately
2795          * configure this io_cq to redirect the requests of the
2796          * process to new_bfqq. In contrast, the io_cq of new_bfqq is
2797          * not available any more (new_bfqq->bic == NULL).
2798          *
2799          * Anyway, even in case new_bfqq coincides with the in-service
2800          * queue, redirecting requests the in-service queue is the
2801          * best option, as we feed the in-service queue with new
2802          * requests close to the last request served and, by doing so,
2803          * are likely to increase the throughput.
2804          */
2805         bfqq->new_bfqq = new_bfqq;
2806         /*
2807          * The above assignment schedules the following redirections:
2808          * each time some I/O for bfqq arrives, the process that
2809          * generated that I/O is disassociated from bfqq and
2810          * associated with new_bfqq. Here we increases new_bfqq->ref
2811          * in advance, adding the number of processes that are
2812          * expected to be associated with new_bfqq as they happen to
2813          * issue I/O.
2814          */
2815         new_bfqq->ref += process_refs;
2816         return new_bfqq;
2817 }
2818
2819 static bool bfq_may_be_close_cooperator(struct bfq_queue *bfqq,
2820                                         struct bfq_queue *new_bfqq)
2821 {
2822         if (bfq_too_late_for_merging(new_bfqq))
2823                 return false;
2824
2825         if (bfq_class_idle(bfqq) || bfq_class_idle(new_bfqq) ||
2826             (bfqq->ioprio_class != new_bfqq->ioprio_class))
2827                 return false;
2828
2829         /*
2830          * If either of the queues has already been detected as seeky,
2831          * then merging it with the other queue is unlikely to lead to
2832          * sequential I/O.
2833          */
2834         if (BFQQ_SEEKY(bfqq) || BFQQ_SEEKY(new_bfqq))
2835                 return false;
2836
2837         /*
2838          * Interleaved I/O is known to be done by (some) applications
2839          * only for reads, so it does not make sense to merge async
2840          * queues.
2841          */
2842         if (!bfq_bfqq_sync(bfqq) || !bfq_bfqq_sync(new_bfqq))
2843                 return false;
2844
2845         return true;
2846 }
2847
2848 static bool idling_boosts_thr_without_issues(struct bfq_data *bfqd,
2849                                              struct bfq_queue *bfqq);
2850
2851 static struct bfq_queue *
2852 bfq_setup_stable_merge(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
2853                        struct bfq_queue *stable_merge_bfqq,
2854                        struct bfq_iocq_bfqq_data *bfqq_data)
2855 {
2856         int proc_ref = min(bfqq_process_refs(bfqq),
2857                            bfqq_process_refs(stable_merge_bfqq));
2858         struct bfq_queue *new_bfqq = NULL;
2859
2860         bfqq_data->stable_merge_bfqq = NULL;
2861         if (idling_boosts_thr_without_issues(bfqd, bfqq) || proc_ref == 0)
2862                 goto out;
2863
2864         /* next function will take at least one ref */
2865         new_bfqq = bfq_setup_merge(bfqq, stable_merge_bfqq);
2866
2867         if (new_bfqq) {
2868                 bfqq_data->stably_merged = true;
2869                 if (new_bfqq->bic) {
2870                         unsigned int new_a_idx = new_bfqq->actuator_idx;
2871                         struct bfq_iocq_bfqq_data *new_bfqq_data =
2872                                 &new_bfqq->bic->bfqq_data[new_a_idx];
2873
2874                         new_bfqq_data->stably_merged = true;
2875                 }
2876         }
2877
2878 out:
2879         /* deschedule stable merge, because done or aborted here */
2880         bfq_put_stable_ref(stable_merge_bfqq);
2881
2882         return new_bfqq;
2883 }
2884
2885 /*
2886  * Attempt to schedule a merge of bfqq with the currently in-service
2887  * queue or with a close queue among the scheduled queues.  Return
2888  * NULL if no merge was scheduled, a pointer to the shared bfq_queue
2889  * structure otherwise.
2890  *
2891  * The OOM queue is not allowed to participate to cooperation: in fact, since
2892  * the requests temporarily redirected to the OOM queue could be redirected
2893  * again to dedicated queues at any time, the state needed to correctly
2894  * handle merging with the OOM queue would be quite complex and expensive
2895  * to maintain. Besides, in such a critical condition as an out of memory,
2896  * the benefits of queue merging may be little relevant, or even negligible.
2897  *
2898  * WARNING: queue merging may impair fairness among non-weight raised
2899  * queues, for at least two reasons: 1) the original weight of a
2900  * merged queue may change during the merged state, 2) even being the
2901  * weight the same, a merged queue may be bloated with many more
2902  * requests than the ones produced by its originally-associated
2903  * process.
2904  */
2905 static struct bfq_queue *
2906 bfq_setup_cooperator(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
2907                      void *io_struct, bool request, struct bfq_io_cq *bic)
2908 {
2909         struct bfq_queue *in_service_bfqq, *new_bfqq;
2910         unsigned int a_idx = bfqq->actuator_idx;
2911         struct bfq_iocq_bfqq_data *bfqq_data = &bic->bfqq_data[a_idx];
2912
2913         /* if a merge has already been setup, then proceed with that first */
2914         if (bfqq->new_bfqq)
2915                 return bfqq->new_bfqq;
2916
2917         /*
2918          * Check delayed stable merge for rotational or non-queueing
2919          * devs. For this branch to be executed, bfqq must not be
2920          * currently merged with some other queue (i.e., bfqq->bic
2921          * must be non null). If we considered also merged queues,
2922          * then we should also check whether bfqq has already been
2923          * merged with bic->stable_merge_bfqq. But this would be
2924          * costly and complicated.
2925          */
2926         if (unlikely(!bfqd->nonrot_with_queueing)) {
2927                 /*
2928                  * Make sure also that bfqq is sync, because
2929                  * bic->stable_merge_bfqq may point to some queue (for
2930                  * stable merging) also if bic is associated with a
2931                  * sync queue, but this bfqq is async
2932                  */
2933                 if (bfq_bfqq_sync(bfqq) && bfqq_data->stable_merge_bfqq &&
2934                     !bfq_bfqq_just_created(bfqq) &&
2935                     time_is_before_jiffies(bfqq->split_time +
2936                                           msecs_to_jiffies(bfq_late_stable_merging)) &&
2937                     time_is_before_jiffies(bfqq->creation_time +
2938                                            msecs_to_jiffies(bfq_late_stable_merging))) {
2939                         struct bfq_queue *stable_merge_bfqq =
2940                                 bfqq_data->stable_merge_bfqq;
2941
2942                         return bfq_setup_stable_merge(bfqd, bfqq,
2943                                                       stable_merge_bfqq,
2944                                                       bfqq_data);
2945                 }
2946         }
2947
2948         /*
2949          * Do not perform queue merging if the device is non
2950          * rotational and performs internal queueing. In fact, such a
2951          * device reaches a high speed through internal parallelism
2952          * and pipelining. This means that, to reach a high
2953          * throughput, it must have many requests enqueued at the same
2954          * time. But, in this configuration, the internal scheduling
2955          * algorithm of the device does exactly the job of queue
2956          * merging: it reorders requests so as to obtain as much as
2957          * possible a sequential I/O pattern. As a consequence, with
2958          * the workload generated by processes doing interleaved I/O,
2959          * the throughput reached by the device is likely to be the
2960          * same, with and without queue merging.
2961          *
2962          * Disabling merging also provides a remarkable benefit in
2963          * terms of throughput. Merging tends to make many workloads
2964          * artificially more uneven, because of shared queues
2965          * remaining non empty for incomparably more time than
2966          * non-merged queues. This may accentuate workload
2967          * asymmetries. For example, if one of the queues in a set of
2968          * merged queues has a higher weight than a normal queue, then
2969          * the shared queue may inherit such a high weight and, by
2970          * staying almost always active, may force BFQ to perform I/O
2971          * plugging most of the time. This evidently makes it harder
2972          * for BFQ to let the device reach a high throughput.
2973          *
2974          * Finally, the likely() macro below is not used because one
2975          * of the two branches is more likely than the other, but to
2976          * have the code path after the following if() executed as
2977          * fast as possible for the case of a non rotational device
2978          * with queueing. We want it because this is the fastest kind
2979          * of device. On the opposite end, the likely() may lengthen
2980          * the execution time of BFQ for the case of slower devices
2981          * (rotational or at least without queueing). But in this case
2982          * the execution time of BFQ matters very little, if not at
2983          * all.
2984          */
2985         if (likely(bfqd->nonrot_with_queueing))
2986                 return NULL;
2987
2988         /*
2989          * Prevent bfqq from being merged if it has been created too
2990          * long ago. The idea is that true cooperating processes, and
2991          * thus their associated bfq_queues, are supposed to be
2992          * created shortly after each other. This is the case, e.g.,
2993          * for KVM/QEMU and dump I/O threads. Basing on this
2994          * assumption, the following filtering greatly reduces the
2995          * probability that two non-cooperating processes, which just
2996          * happen to do close I/O for some short time interval, have
2997          * their queues merged by mistake.
2998          */
2999         if (bfq_too_late_for_merging(bfqq))
3000                 return NULL;
3001
3002         if (!io_struct || unlikely(bfqq == &bfqd->oom_bfqq))
3003                 return NULL;
3004
3005         /* If there is only one backlogged queue, don't search. */
3006         if (bfq_tot_busy_queues(bfqd) == 1)
3007                 return NULL;
3008
3009         in_service_bfqq = bfqd->in_service_queue;
3010
3011         if (in_service_bfqq && in_service_bfqq != bfqq &&
3012             likely(in_service_bfqq != &bfqd->oom_bfqq) &&
3013             bfq_rq_close_to_sector(io_struct, request,
3014                                    bfqd->in_serv_last_pos) &&
3015             bfqq->entity.parent == in_service_bfqq->entity.parent &&
3016             bfq_may_be_close_cooperator(bfqq, in_service_bfqq)) {
3017                 new_bfqq = bfq_setup_merge(bfqq, in_service_bfqq);
3018                 if (new_bfqq)
3019                         return new_bfqq;
3020         }
3021         /*
3022          * Check whether there is a cooperator among currently scheduled
3023          * queues. The only thing we need is that the bio/request is not
3024          * NULL, as we need it to establish whether a cooperator exists.
3025          */
3026         new_bfqq = bfq_find_close_cooperator(bfqd, bfqq,
3027                         bfq_io_struct_pos(io_struct, request));
3028
3029         if (new_bfqq && likely(new_bfqq != &bfqd->oom_bfqq) &&
3030             bfq_may_be_close_cooperator(bfqq, new_bfqq))
3031                 return bfq_setup_merge(bfqq, new_bfqq);
3032
3033         return NULL;
3034 }
3035
3036 static void bfq_bfqq_save_state(struct bfq_queue *bfqq)
3037 {
3038         struct bfq_io_cq *bic = bfqq->bic;
3039         unsigned int a_idx = bfqq->actuator_idx;
3040         struct bfq_iocq_bfqq_data *bfqq_data = &bic->bfqq_data[a_idx];
3041
3042         /*
3043          * If !bfqq->bic, the queue is already shared or its requests
3044          * have already been redirected to a shared queue; both idle window
3045          * and weight raising state have already been saved. Do nothing.
3046          */
3047         if (!bic)
3048                 return;
3049
3050         bfqq_data->saved_last_serv_time_ns = bfqq->last_serv_time_ns;
3051         bfqq_data->saved_inject_limit = bfqq->inject_limit;
3052         bfqq_data->saved_decrease_time_jif = bfqq->decrease_time_jif;
3053
3054         bfqq_data->saved_weight = bfqq->entity.orig_weight;
3055         bfqq_data->saved_ttime = bfqq->ttime;
3056         bfqq_data->saved_has_short_ttime =
3057                 bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
3058         bfqq_data->saved_IO_bound = bfq_bfqq_IO_bound(bfqq);
3059         bfqq_data->saved_io_start_time = bfqq->io_start_time;
3060         bfqq_data->saved_tot_idle_time = bfqq->tot_idle_time;
3061         bfqq_data->saved_in_large_burst = bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq);
3062         bfqq_data->was_in_burst_list =
3063                 !hlist_unhashed(&bfqq->burst_list_node);
3064
3065         if (unlikely(bfq_bfqq_just_created(bfqq) &&
3066                      !bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq) &&
3067                      bfqq->bfqd->low_latency)) {
3068                 /*
3069                  * bfqq being merged right after being created: bfqq
3070                  * would have deserved interactive weight raising, but
3071                  * did not make it to be set in a weight-raised state,
3072                  * because of this early merge. Store directly the
3073                  * weight-raising state that would have been assigned
3074                  * to bfqq, so that to avoid that bfqq unjustly fails
3075                  * to enjoy weight raising if split soon.
3076                  */
3077                 bfqq_data->saved_wr_coeff = bfqq->bfqd->bfq_wr_coeff;
3078                 bfqq_data->saved_wr_start_at_switch_to_srt =
3079                         bfq_smallest_from_now();
3080                 bfqq_data->saved_wr_cur_max_time =
3081                         bfq_wr_duration(bfqq->bfqd);
3082                 bfqq_data->saved_last_wr_start_finish = jiffies;
3083         } else {
3084                 bfqq_data->saved_wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
3085                 bfqq_data->saved_wr_start_at_switch_to_srt =
3086                         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt;
3087                 bfqq_data->saved_service_from_wr =
3088                         bfqq->service_from_wr;
3089                 bfqq_data->saved_last_wr_start_finish =
3090                         bfqq->last_wr_start_finish;
3091                 bfqq_data->saved_wr_cur_max_time = bfqq->wr_cur_max_time;
3092         }
3093 }
3094
3095
3096 static void
3097 bfq_reassign_last_bfqq(struct bfq_queue *cur_bfqq, struct bfq_queue *new_bfqq)
3098 {
3099         if (cur_bfqq->entity.parent &&
3100             cur_bfqq->entity.parent->last_bfqq_created == cur_bfqq)
3101                 cur_bfqq->entity.parent->last_bfqq_created = new_bfqq;
3102         else if (cur_bfqq->bfqd && cur_bfqq->bfqd->last_bfqq_created == cur_bfqq)
3103                 cur_bfqq->bfqd->last_bfqq_created = new_bfqq;
3104 }
3105
3106 void bfq_release_process_ref(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
3107 {
3108         /*
3109          * To prevent bfqq's service guarantees from being violated,
3110          * bfqq may be left busy, i.e., queued for service, even if
3111          * empty (see comments in __bfq_bfqq_expire() for
3112          * details). But, if no process will send requests to bfqq any
3113          * longer, then there is no point in keeping bfqq queued for
3114          * service. In addition, keeping bfqq queued for service, but
3115          * with no process ref any longer, may have caused bfqq to be
3116          * freed when dequeued from service. But this is assumed to
3117          * never happen.
3118          */
3119         if (bfq_bfqq_busy(bfqq) && RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) &&
3120             bfqq != bfqd->in_service_queue)
3121                 bfq_del_bfqq_busy(bfqq, false);
3122
3123         bfq_reassign_last_bfqq(bfqq, NULL);
3124
3125         bfq_put_queue(bfqq);
3126 }
3127
3128 static void
3129 bfq_merge_bfqqs(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_io_cq *bic,
3130                 struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_queue *new_bfqq)
3131 {
3132         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "merging with queue %lu",
3133                 (unsigned long)new_bfqq->pid);
3134         /* Save weight raising and idle window of the merged queues */
3135         bfq_bfqq_save_state(bfqq);
3136         bfq_bfqq_save_state(new_bfqq);
3137         if (bfq_bfqq_IO_bound(bfqq))
3138                 bfq_mark_bfqq_IO_bound(new_bfqq);
3139         bfq_clear_bfqq_IO_bound(bfqq);
3140
3141         /*
3142          * The processes associated with bfqq are cooperators of the
3143          * processes associated with new_bfqq. So, if bfqq has a
3144          * waker, then assume that all these processes will be happy
3145          * to let bfqq's waker freely inject I/O when they have no
3146          * I/O.
3147          */
3148         if (bfqq->waker_bfqq && !new_bfqq->waker_bfqq &&
3149             bfqq->waker_bfqq != new_bfqq) {
3150                 new_bfqq->waker_bfqq = bfqq->waker_bfqq;
3151                 new_bfqq->tentative_waker_bfqq = NULL;
3152
3153                 /*
3154                  * If the waker queue disappears, then
3155                  * new_bfqq->waker_bfqq must be reset. So insert
3156                  * new_bfqq into the woken_list of the waker. See
3157                  * bfq_check_waker for details.
3158                  */
3159                 hlist_add_head(&new_bfqq->woken_list_node,
3160                                &new_bfqq->waker_bfqq->woken_list);
3161
3162         }
3163
3164         /*
3165          * If bfqq is weight-raised, then let new_bfqq inherit
3166          * weight-raising. To reduce false positives, neglect the case
3167          * where bfqq has just been created, but has not yet made it
3168          * to be weight-raised (which may happen because EQM may merge
3169          * bfqq even before bfq_add_request is executed for the first
3170          * time for bfqq). Handling this case would however be very
3171          * easy, thanks to the flag just_created.
3172          */
3173         if (new_bfqq->wr_coeff == 1 && bfqq->wr_coeff > 1) {
3174                 new_bfqq->wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
3175                 new_bfqq->wr_cur_max_time = bfqq->wr_cur_max_time;
3176                 new_bfqq->last_wr_start_finish = bfqq->last_wr_start_finish;
3177                 new_bfqq->wr_start_at_switch_to_srt =
3178                         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt;
3179                 if (bfq_bfqq_busy(new_bfqq))
3180                         bfqd->wr_busy_queues++;
3181                 new_bfqq->entity.prio_changed = 1;
3182         }
3183
3184         if (bfqq->wr_coeff > 1) { /* bfqq has given its wr to new_bfqq */
3185                 bfqq->wr_coeff = 1;
3186                 bfqq->entity.prio_changed = 1;
3187                 if (bfq_bfqq_busy(bfqq))
3188                         bfqd->wr_busy_queues--;
3189         }
3190
3191         bfq_log_bfqq(bfqd, new_bfqq, "merge_bfqqs: wr_busy %d",
3192                      bfqd->wr_busy_queues);
3193
3194         /*
3195          * Merge queues (that is, let bic redirect its requests to new_bfqq)
3196          */
3197         bic_set_bfqq(bic, new_bfqq, true, bfqq->actuator_idx);
3198         bfq_mark_bfqq_coop(new_bfqq);
3199         /*
3200          * new_bfqq now belongs to at least two bics (it is a shared queue):
3201          * set new_bfqq->bic to NULL. bfqq either:
3202          * - does not belong to any bic any more, and hence bfqq->bic must
3203          *   be set to NULL, or
3204          * - is a queue whose owning bics have already been redirected to a
3205          *   different queue, hence the queue is destined to not belong to
3206          *   any bic soon and bfqq->bic is already NULL (therefore the next
3207          *   assignment causes no harm).
3208          */
3209         new_bfqq->bic = NULL;
3210         /*
3211          * If the queue is shared, the pid is the pid of one of the associated
3212          * processes. Which pid depends on the exact sequence of merge events
3213          * the queue underwent. So printing such a pid is useless and confusing
3214          * because it reports a random pid between those of the associated
3215          * processes.
3216          * We mark such a queue with a pid -1, and then print SHARED instead of
3217          * a pid in logging messages.
3218          */
3219         new_bfqq->pid = -1;
3220         bfqq->bic = NULL;
3221
3222         bfq_reassign_last_bfqq(bfqq, new_bfqq);
3223
3224         bfq_release_process_ref(bfqd, bfqq);
3225 }
3226
3227 static bool bfq_allow_bio_merge(struct request_queue *q, struct request *rq,
3228                                 struct bio *bio)
3229 {
3230         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
3231         bool is_sync = op_is_sync(bio->bi_opf);
3232         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->bio_bfqq, *new_bfqq;
3233
3234         /*
3235          * Disallow merge of a sync bio into an async request.
3236          */
3237         if (is_sync && !rq_is_sync(rq))
3238                 return false;
3239
3240         /*
3241          * Lookup the bfqq that this bio will be queued with. Allow
3242          * merge only if rq is queued there.
3243          */
3244         if (!bfqq)
3245                 return false;
3246
3247         /*
3248          * We take advantage of this function to perform an early merge
3249          * of the queues of possible cooperating processes.
3250          */
3251         new_bfqq = bfq_setup_cooperator(bfqd, bfqq, bio, false, bfqd->bio_bic);
3252         if (new_bfqq) {
3253                 /*
3254                  * bic still points to bfqq, then it has not yet been
3255                  * redirected to some other bfq_queue, and a queue
3256                  * merge between bfqq and new_bfqq can be safely
3257                  * fulfilled, i.e., bic can be redirected to new_bfqq
3258                  * and bfqq can be put.
3259                  */
3260                 bfq_merge_bfqqs(bfqd, bfqd->bio_bic, bfqq,
3261                                 new_bfqq);
3262                 /*
3263                  * If we get here, bio will be queued into new_queue,
3264                  * so use new_bfqq to decide whether bio and rq can be
3265                  * merged.
3266                  */
3267                 bfqq = new_bfqq;
3268
3269                 /*
3270                  * Change also bqfd->bio_bfqq, as
3271                  * bfqd->bio_bic now points to new_bfqq, and
3272                  * this function may be invoked again (and then may
3273                  * use again bqfd->bio_bfqq).
3274                  */
3275                 bfqd->bio_bfqq = bfqq;
3276         }
3277
3278         return bfqq == RQ_BFQQ(rq);
3279 }
3280
3281 /*
3282  * Set the maximum time for the in-service queue to consume its
3283  * budget. This prevents seeky processes from lowering the throughput.
3284  * In practice, a time-slice service scheme is used with seeky
3285  * processes.
3286  */
3287 static void bfq_set_budget_timeout(struct bfq_data *bfqd,
3288                                    struct bfq_queue *bfqq)
3289 {
3290         unsigned int timeout_coeff;
3291
3292         if (bfqq->wr_cur_max_time == bfqd->bfq_wr_rt_max_time)
3293                 timeout_coeff = 1;
3294         else
3295                 timeout_coeff = bfqq->entity.weight / bfqq->entity.orig_weight;
3296
3297         bfqd->last_budget_start = blk_time_get();
3298
3299         bfqq->budget_timeout = jiffies +
3300                 bfqd->bfq_timeout * timeout_coeff;
3301 }
3302
3303 static void __bfq_set_in_service_queue(struct bfq_data *bfqd,
3304                                        struct bfq_queue *bfqq)
3305 {
3306         if (bfqq) {
3307                 bfq_clear_bfqq_fifo_expire(bfqq);
3308
3309                 bfqd->budgets_assigned = (bfqd->budgets_assigned * 7 + 256) / 8;
3310
3311                 if (time_is_before_jiffies(bfqq->last_wr_start_finish) &&
3312                     bfqq->wr_coeff > 1 &&
3313                     bfqq->wr_cur_max_time == bfqd->bfq_wr_rt_max_time &&
3314                     time_is_before_jiffies(bfqq->budget_timeout)) {
3315                         /*
3316                          * For soft real-time queues, move the start
3317                          * of the weight-raising period forward by the
3318                          * time the queue has not received any
3319                          * service. Otherwise, a relatively long
3320                          * service delay is likely to cause the
3321                          * weight-raising period of the queue to end,
3322                          * because of the short duration of the
3323                          * weight-raising period of a soft real-time
3324                          * queue.  It is worth noting that this move
3325                          * is not so dangerous for the other queues,
3326                          * because soft real-time queues are not
3327                          * greedy.
3328                          *
3329                          * To not add a further variable, we use the
3330                          * overloaded field budget_timeout to
3331                          * determine for how long the queue has not
3332                          * received service, i.e., how much time has
3333                          * elapsed since the queue expired. However,
3334                          * this is a little imprecise, because
3335                          * budget_timeout is set to jiffies if bfqq
3336                          * not only expires, but also remains with no
3337                          * request.
3338                          */
3339                         if (time_after(bfqq->budget_timeout,
3340                                        bfqq->last_wr_start_finish))
3341                                 bfqq->last_wr_start_finish +=
3342                                         jiffies - bfqq->budget_timeout;
3343                         else
3344                                 bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
3345                 }
3346
3347                 bfq_set_budget_timeout(bfqd, bfqq);
3348                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq,
3349                              "set_in_service_queue, cur-budget = %d",
3350                              bfqq->entity.budget);
3351         }
3352
3353         bfqd->in_service_queue = bfqq;
3354         bfqd->in_serv_last_pos = 0;
3355 }
3356
3357 /*
3358  * Get and set a new queue for service.
3359  */
3360 static struct bfq_queue *bfq_set_in_service_queue(struct bfq_data *bfqd)
3361 {
3362         struct bfq_queue *bfqq = bfq_get_next_queue(bfqd);
3363
3364         __bfq_set_in_service_queue(bfqd, bfqq);
3365         return bfqq;
3366 }
3367
3368 static void bfq_arm_slice_timer(struct bfq_data *bfqd)
3369 {
3370         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->in_service_queue;
3371         u32 sl;
3372
3373         bfq_mark_bfqq_wait_request(bfqq);
3374
3375         /*
3376          * We don't want to idle for seeks, but we do want to allow
3377          * fair distribution of slice time for a process doing back-to-back
3378          * seeks. So allow a little bit of time for him to submit a new rq.
3379          */
3380         sl = bfqd->bfq_slice_idle;
3381         /*
3382          * Unless the queue is being weight-raised or the scenario is
3383          * asymmetric, grant only minimum idle time if the queue
3384          * is seeky. A long idling is preserved for a weight-raised
3385          * queue, or, more in general, in an asymmetric scenario,
3386          * because a long idling is needed for guaranteeing to a queue
3387          * its reserved share of the throughput (in particular, it is
3388          * needed if the queue has a higher weight than some other
3389          * queue).
3390          */
3391         if (BFQQ_SEEKY(bfqq) && bfqq->wr_coeff == 1 &&
3392             !bfq_asymmetric_scenario(bfqd, bfqq))
3393                 sl = min_t(u64, sl, BFQ_MIN_TT);
3394         else if (bfqq->wr_coeff > 1)
3395                 sl = max_t(u32, sl, 20ULL * NSEC_PER_MSEC);
3396
3397         bfqd->last_idling_start = blk_time_get();
3398         bfqd->last_idling_start_jiffies = jiffies;
3399
3400         hrtimer_start(&bfqd->idle_slice_timer, ns_to_ktime(sl),
3401                       HRTIMER_MODE_REL);
3402         bfqg_stats_set_start_idle_time(bfqq_group(bfqq));
3403 }
3404
3405 /*
3406  * In autotuning mode, max_budget is dynamically recomputed as the
3407  * amount of sectors transferred in timeout at the estimated peak
3408  * rate. This enables BFQ to utilize a full timeslice with a full
3409  * budget, even if the in-service queue is served at peak rate. And
3410  * this maximises throughput with sequential workloads.
3411  */
3412 static unsigned long bfq_calc_max_budget(struct bfq_data *bfqd)
3413 {
3414         return (u64)bfqd->peak_rate * USEC_PER_MSEC *
3415                 jiffies_to_msecs(bfqd->bfq_timeout)>>BFQ_RATE_SHIFT;
3416 }
3417
3418 /*
3419  * Update parameters related to throughput and responsiveness, as a
3420  * function of the estimated peak rate. See comments on
3421  * bfq_calc_max_budget(), and on the ref_wr_duration array.
3422  */
3423 static void update_thr_responsiveness_params(struct bfq_data *bfqd)
3424 {
3425         if (bfqd->bfq_user_max_budget == 0) {
3426                 bfqd->bfq_max_budget =
3427                         bfq_calc_max_budget(bfqd);
3428                 bfq_log(bfqd, "new max_budget = %d", bfqd->bfq_max_budget);
3429         }
3430 }
3431
3432 static void bfq_reset_rate_computation(struct bfq_data *bfqd,
3433                                        struct request *rq)
3434 {
3435         if (rq != NULL) { /* new rq dispatch now, reset accordingly */
3436                 bfqd->last_dispatch = bfqd->first_dispatch = blk_time_get_ns();
3437                 bfqd->peak_rate_samples = 1;
3438                 bfqd->sequential_samples = 0;
3439                 bfqd->tot_sectors_dispatched = bfqd->last_rq_max_size =
3440                         blk_rq_sectors(rq);
3441         } else /* no new rq dispatched, just reset the number of samples */
3442                 bfqd->peak_rate_samples = 0; /* full re-init on next disp. */
3443
3444         bfq_log(bfqd,
3445                 "reset_rate_computation at end, sample %u/%u tot_sects %llu",
3446                 bfqd->peak_rate_samples, bfqd->sequential_samples,
3447                 bfqd->tot_sectors_dispatched);
3448 }
3449
3450 static void bfq_update_rate_reset(struct bfq_data *bfqd, struct request *rq)
3451 {
3452         u32 rate, weight, divisor;
3453
3454         /*
3455          * For the convergence property to hold (see comments on
3456          * bfq_update_peak_rate()) and for the assessment to be
3457          * reliable, a minimum number of samples must be present, and
3458          * a minimum amount of time must have elapsed. If not so, do
3459          * not compute new rate. Just reset parameters, to get ready
3460          * for a new evaluation attempt.
3461          */
3462         if (bfqd->peak_rate_samples < BFQ_RATE_MIN_SAMPLES ||
3463             bfqd->delta_from_first < BFQ_RATE_MIN_INTERVAL)
3464                 goto reset_computation;
3465
3466         /*
3467          * If a new request completion has occurred after last
3468          * dispatch, then, to approximate the rate at which requests
3469          * have been served by the device, it is more precise to
3470          * extend the observation interval to the last completion.
3471          */
3472         bfqd->delta_from_first =
3473                 max_t(u64, bfqd->delta_from_first,
3474                       bfqd->last_completion - bfqd->first_dispatch);
3475
3476         /*
3477          * Rate computed in sects/usec, and not sects/nsec, for
3478          * precision issues.
3479          */
3480         rate = div64_ul(bfqd->tot_sectors_dispatched<<BFQ_RATE_SHIFT,
3481                         div_u64(bfqd->delta_from_first, NSEC_PER_USEC));
3482
3483         /*
3484          * Peak rate not updated if:
3485          * - the percentage of sequential dispatches is below 3/4 of the
3486          *   total, and rate is below the current estimated peak rate
3487          * - rate is unreasonably high (> 20M sectors/sec)
3488          */
3489         if ((bfqd->sequential_samples < (3 * bfqd->peak_rate_samples)>>2 &&
3490              rate <= bfqd->peak_rate) ||
3491                 rate > 20<<BFQ_RATE_SHIFT)
3492                 goto reset_computation;
3493
3494         /*
3495          * We have to update the peak rate, at last! To this purpose,
3496          * we use a low-pass filter. We compute the smoothing constant
3497          * of the filter as a function of the 'weight' of the new
3498          * measured rate.
3499          *
3500          * As can be seen in next formulas, we define this weight as a
3501          * quantity proportional to how sequential the workload is,
3502          * and to how long the observation time interval is.
3503          *
3504          * The weight runs from 0 to 8. The maximum value of the
3505          * weight, 8, yields the minimum value for the smoothing
3506          * constant. At this minimum value for the smoothing constant,
3507          * the measured rate contributes for half of the next value of
3508          * the estimated peak rate.
3509          *
3510          * So, the first step is to compute the weight as a function
3511          * of how sequential the workload is. Note that the weight
3512          * cannot reach 9, because bfqd->sequential_samples cannot
3513          * become equal to bfqd->peak_rate_samples, which, in its
3514          * turn, holds true because bfqd->sequential_samples is not
3515          * incremented for the first sample.
3516          */
3517         weight = (9 * bfqd->sequential_samples) / bfqd->peak_rate_samples;
3518
3519         /*
3520          * Second step: further refine the weight as a function of the
3521          * duration of the observation interval.
3522          */
3523         weight = min_t(u32, 8,
3524                        div_u64(weight * bfqd->delta_from_first,
3525                                BFQ_RATE_REF_INTERVAL));
3526
3527         /*
3528          * Divisor ranging from 10, for minimum weight, to 2, for
3529          * maximum weight.
3530          */
3531         divisor = 10 - weight;
3532
3533         /*
3534          * Finally, update peak rate:
3535          *
3536          * peak_rate = peak_rate * (divisor-1) / divisor  +  rate / divisor
3537          */
3538         bfqd->peak_rate *= divisor-1;
3539         bfqd->peak_rate /= divisor;
3540         rate /= divisor; /* smoothing constant alpha = 1/divisor */
3541
3542         bfqd->peak_rate += rate;
3543
3544         /*
3545          * For a very slow device, bfqd->peak_rate can reach 0 (see
3546          * the minimum representable values reported in the comments
3547          * on BFQ_RATE_SHIFT). Push to 1 if this happens, to avoid
3548          * divisions by zero where bfqd->peak_rate is used as a
3549          * divisor.
3550          */
3551         bfqd->peak_rate = max_t(u32, 1, bfqd->peak_rate);
3552
3553         update_thr_responsiveness_params(bfqd);
3554
3555 reset_computation:
3556         bfq_reset_rate_computation(bfqd, rq);
3557 }
3558
3559 /*
3560  * Update the read/write peak rate (the main quantity used for
3561  * auto-tuning, see update_thr_responsiveness_params()).
3562  *
3563  * It is not trivial to estimate the peak rate (correctly): because of
3564  * the presence of sw and hw queues between the scheduler and the
3565  * device components that finally serve I/O requests, it is hard to
3566  * say exactly when a given dispatched request is served inside the
3567  * device, and for how long. As a consequence, it is hard to know
3568  * precisely at what rate a given set of requests is actually served
3569  * by the device.
3570  *
3571  * On the opposite end, the dispatch time of any request is trivially
3572  * available, and, from this piece of information, the "dispatch rate"
3573  * of requests can be immediately computed. So, the idea in the next
3574  * function is to use what is known, namely request dispatch times
3575  * (plus, when useful, request completion times), to estimate what is
3576  * unknown, namely in-device request service rate.
3577  *
3578  * The main issue is that, because of the above facts, the rate at
3579  * which a certain set of requests is dispatched over a certain time
3580  * interval can vary greatly with respect to the rate at which the
3581  * same requests are then served. But, since the size of any
3582  * intermediate queue is limited, and the service scheme is lossless
3583  * (no request is silently dropped), the following obvious convergence
3584  * property holds: the number of requests dispatched MUST become
3585  * closer and closer to the number of requests completed as the
3586  * observation interval grows. This is the key property used in
3587  * the next function to estimate the peak service rate as a function
3588  * of the observed dispatch rate. The function assumes to be invoked
3589  * on every request dispatch.
3590  */
3591 static void bfq_update_peak_rate(struct bfq_data *bfqd, struct request *rq)
3592 {
3593         u64 now_ns = blk_time_get_ns();
3594
3595         if (bfqd->peak_rate_samples == 0) { /* first dispatch */
3596                 bfq_log(bfqd, "update_peak_rate: goto reset, samples %d",
3597                         bfqd->peak_rate_samples);
3598                 bfq_reset_rate_computation(bfqd, rq);
3599                 goto update_last_values; /* will add one sample */
3600         }
3601
3602         /*
3603          * Device idle for very long: the observation interval lasting
3604          * up to this dispatch cannot be a valid observation interval
3605          * for computing a new peak rate (similarly to the late-
3606          * completion event in bfq_completed_request()). Go to
3607          * update_rate_and_reset to have the following three steps
3608          * taken:
3609          * - close the observation interval at the last (previous)
3610          *   request dispatch or completion
3611          * - compute rate, if possible, for that observation interval
3612          * - start a new observation interval with this dispatch
3613          */
3614         if (now_ns - bfqd->last_dispatch > 100*NSEC_PER_MSEC &&
3615             bfqd->tot_rq_in_driver == 0)
3616                 goto update_rate_and_reset;
3617
3618         /* Update sampling information */
3619         bfqd->peak_rate_samples++;
3620
3621         if ((bfqd->tot_rq_in_driver > 0 ||
3622                 now_ns - bfqd->last_completion < BFQ_MIN_TT)
3623             && !BFQ_RQ_SEEKY(bfqd, bfqd->last_position, rq))
3624                 bfqd->sequential_samples++;
3625
3626         bfqd->tot_sectors_dispatched += blk_rq_sectors(rq);
3627
3628         /* Reset max observed rq size every 32 dispatches */
3629         if (likely(bfqd->peak_rate_samples % 32))
3630                 bfqd->last_rq_max_size =
3631                         max_t(u32, blk_rq_sectors(rq), bfqd->last_rq_max_size);
3632         else
3633                 bfqd->last_rq_max_size = blk_rq_sectors(rq);
3634
3635         bfqd->delta_from_first = now_ns - bfqd->first_dispatch;
3636
3637         /* Target observation interval not yet reached, go on sampling */
3638         if (bfqd->delta_from_first < BFQ_RATE_REF_INTERVAL)
3639                 goto update_last_values;
3640
3641 update_rate_and_reset:
3642         bfq_update_rate_reset(bfqd, rq);
3643 update_last_values:
3644         bfqd->last_position = blk_rq_pos(rq) + blk_rq_sectors(rq);
3645         if (RQ_BFQQ(rq) == bfqd->in_service_queue)
3646                 bfqd->in_serv_last_pos = bfqd->last_position;
3647         bfqd->last_dispatch = now_ns;
3648 }
3649
3650 /*
3651  * Remove request from internal lists.
3652  */
3653 static void bfq_dispatch_remove(struct request_queue *q, struct request *rq)
3654 {
3655         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
3656
3657         /*
3658          * For consistency, the next instruction should have been
3659          * executed after removing the request from the queue and
3660          * dispatching it.  We execute instead this instruction before
3661          * bfq_remove_request() (and hence introduce a temporary
3662          * inconsistency), for efficiency.  In fact, should this
3663          * dispatch occur for a non in-service bfqq, this anticipated
3664          * increment prevents two counters related to bfqq->dispatched
3665          * from risking to be, first, uselessly decremented, and then
3666          * incremented again when the (new) value of bfqq->dispatched
3667          * happens to be taken into account.
3668          */
3669         bfqq->dispatched++;
3670         bfq_update_peak_rate(q->elevator->elevator_data, rq);
3671
3672         bfq_remove_request(q, rq);
3673 }
3674
3675 /*
3676  * There is a case where idling does not have to be performed for
3677  * throughput concerns, but to preserve the throughput share of
3678  * the process associated with bfqq.
3679  *
3680  * To introduce this case, we can note that allowing the drive
3681  * to enqueue more than one request at a time, and hence
3682  * delegating de facto final scheduling decisions to the
3683  * drive's internal scheduler, entails loss of control on the
3684  * actual request service order. In particular, the critical
3685  * situation is when requests from different processes happen
3686  * to be present, at the same time, in the internal queue(s)
3687  * of the drive. In such a situation, the drive, by deciding
3688  * the service order of the internally-queued requests, does
3689  * determine also the actual throughput distribution among
3690  * these processes. But the drive typically has no notion or
3691  * concern about per-process throughput distribution, and
3692  * makes its decisions only on a per-request basis. Therefore,
3693  * the service distribution enforced by the drive's internal
3694  * scheduler is likely to coincide with the desired throughput
3695  * distribution only in a completely symmetric, or favorably
3696  * skewed scenario where:
3697  * (i-a) each of these processes must get the same throughput as
3698  *       the others,
3699  * (i-b) in case (i-a) does not hold, it holds that the process
3700  *       associated with bfqq must receive a lower or equal
3701  *       throughput than any of the other processes;
3702  * (ii)  the I/O of each process has the same properties, in
3703  *       terms of locality (sequential or random), direction
3704  *       (reads or writes), request sizes, greediness
3705  *       (from I/O-bound to sporadic), and so on;
3706
3707  * In fact, in such a scenario, the drive tends to treat the requests
3708  * of each process in about the same way as the requests of the
3709  * others, and thus to provide each of these processes with about the
3710  * same throughput.  This is exactly the desired throughput
3711  * distribution if (i-a) holds, or, if (i-b) holds instead, this is an
3712  * even more convenient distribution for (the process associated with)
3713  * bfqq.
3714  *
3715  * In contrast, in any asymmetric or unfavorable scenario, device
3716  * idling (I/O-dispatch plugging) is certainly needed to guarantee
3717  * that bfqq receives its assigned fraction of the device throughput
3718  * (see [1] for details).
3719  *
3720  * The problem is that idling may significantly reduce throughput with
3721  * certain combinations of types of I/O and devices. An important
3722  * example is sync random I/O on flash storage with command
3723  * queueing. So, unless bfqq falls in cases where idling also boosts
3724  * throughput, it is important to check conditions (i-a), i(-b) and
3725  * (ii) accurately, so as to avoid idling when not strictly needed for
3726  * service guarantees.
3727  *
3728  * Unfortunately, it is extremely difficult to thoroughly check
3729  * condition (ii). And, in case there are active groups, it becomes
3730  * very difficult to check conditions (i-a) and (i-b) too.  In fact,
3731  * if there are active groups, then, for conditions (i-a) or (i-b) to
3732  * become false 'indirectly', it is enough that an active group
3733  * contains more active processes or sub-groups than some other active
3734  * group. More precisely, for conditions (i-a) or (i-b) to become
3735  * false because of such a group, it is not even necessary that the
3736  * group is (still) active: it is sufficient that, even if the group
3737  * has become inactive, some of its descendant processes still have
3738  * some request already dispatched but still waiting for
3739  * completion. In fact, requests have still to be guaranteed their
3740  * share of the throughput even after being dispatched. In this
3741  * respect, it is easy to show that, if a group frequently becomes
3742  * inactive while still having in-flight requests, and if, when this
3743  * happens, the group is not considered in the calculation of whether
3744  * the scenario is asymmetric, then the group may fail to be
3745  * guaranteed its fair share of the throughput (basically because
3746  * idling may not be performed for the descendant processes of the
3747  * group, but it had to be).  We address this issue with the following
3748  * bi-modal behavior, implemented in the function
3749  * bfq_asymmetric_scenario().
3750  *
3751  * If there are groups with requests waiting for completion
3752  * (as commented above, some of these groups may even be
3753  * already inactive), then the scenario is tagged as
3754  * asymmetric, conservatively, without checking any of the
3755  * conditions (i-a), (i-b) or (ii). So the device is idled for bfqq.
3756  * This behavior matches also the fact that groups are created
3757  * exactly if controlling I/O is a primary concern (to
3758  * preserve bandwidth and latency guarantees).
3759  *
3760  * On the opposite end, if there are no groups with requests waiting
3761  * for completion, then only conditions (i-a) and (i-b) are actually
3762  * controlled, i.e., provided that conditions (i-a) or (i-b) holds,
3763  * idling is not performed, regardless of whether condition (ii)
3764  * holds.  In other words, only if conditions (i-a) and (i-b) do not
3765  * hold, then idling is allowed, and the device tends to be prevented
3766  * from queueing many requests, possibly of several processes. Since
3767  * there are no groups with requests waiting for completion, then, to
3768  * control conditions (i-a) and (i-b) it is enough to check just
3769  * whether all the queues with requests waiting for completion also
3770  * have the same weight.
3771  *
3772  * Not checking condition (ii) evidently exposes bfqq to the
3773  * risk of getting less throughput than its fair share.
3774  * However, for queues with the same weight, a further
3775  * mechanism, preemption, mitigates or even eliminates this
3776  * problem. And it does so without consequences on overall
3777  * throughput. This mechanism and its benefits are explained
3778  * in the next three paragraphs.
3779  *
3780  * Even if a queue, say Q, is expired when it remains idle, Q
3781  * can still preempt the new in-service queue if the next
3782  * request of Q arrives soon (see the comments on
3783  * bfq_bfqq_update_budg_for_activation). If all queues and
3784  * groups have the same weight, this form of preemption,
3785  * combined with the hole-recovery heuristic described in the
3786  * comments on function bfq_bfqq_update_budg_for_activation,
3787  * are enough to preserve a correct bandwidth distribution in
3788  * the mid term, even without idling. In fact, even if not
3789  * idling allows the internal queues of the device to contain
3790  * many requests, and thus to reorder requests, we can rather
3791  * safely assume that the internal scheduler still preserves a
3792  * minimum of mid-term fairness.
3793  *
3794  * More precisely, this preemption-based, idleless approach
3795  * provides fairness in terms of IOPS, and not sectors per
3796  * second. This can be seen with a simple example. Suppose
3797  * that there are two queues with the same weight, but that
3798  * the first queue receives requests of 8 sectors, while the
3799  * second queue receives requests of 1024 sectors. In
3800  * addition, suppose that each of the two queues contains at
3801  * most one request at a time, which implies that each queue
3802  * always remains idle after it is served. Finally, after
3803  * remaining idle, each queue receives very quickly a new
3804  * request. It follows that the two queues are served
3805  * alternatively, preempting each other if needed. This
3806  * implies that, although both queues have the same weight,
3807  * the queue with large requests receives a service that is
3808  * 1024/8 times as high as the service received by the other
3809  * queue.
3810  *
3811  * The motivation for using preemption instead of idling (for
3812  * queues with the same weight) is that, by not idling,
3813  * service guarantees are preserved (completely or at least in
3814  * part) without minimally sacrificing throughput. And, if
3815  * there is no active group, then the primary expectation for
3816  * this device is probably a high throughput.
3817  *
3818  * We are now left only with explaining the two sub-conditions in the
3819  * additional compound condition that is checked below for deciding
3820  * whether the scenario is asymmetric. To explain the first
3821  * sub-condition, we need to add that the function
3822  * bfq_asymmetric_scenario checks the weights of only
3823  * non-weight-raised queues, for efficiency reasons (see comments on
3824  * bfq_weights_tree_add()). Then the fact that bfqq is weight-raised
3825  * is checked explicitly here. More precisely, the compound condition
3826  * below takes into account also the fact that, even if bfqq is being
3827  * weight-raised, the scenario is still symmetric if all queues with
3828  * requests waiting for completion happen to be
3829  * weight-raised. Actually, we should be even more precise here, and
3830  * differentiate between interactive weight raising and soft real-time
3831  * weight raising.
3832  *
3833  * The second sub-condition checked in the compound condition is
3834  * whether there is a fair amount of already in-flight I/O not
3835  * belonging to bfqq. If so, I/O dispatching is to be plugged, for the
3836  * following reason. The drive may decide to serve in-flight
3837  * non-bfqq's I/O requests before bfqq's ones, thereby delaying the
3838  * arrival of new I/O requests for bfqq (recall that bfqq is sync). If
3839  * I/O-dispatching is not plugged, then, while bfqq remains empty, a
3840  * basically uncontrolled amount of I/O from other queues may be
3841  * dispatched too, possibly causing the service of bfqq's I/O to be
3842  * delayed even longer in the drive. This problem gets more and more
3843  * serious as the speed and the queue depth of the drive grow,
3844  * because, as these two quantities grow, the probability to find no
3845  * queue busy but many requests in flight grows too. By contrast,
3846  * plugging I/O dispatching minimizes the delay induced by already
3847  * in-flight I/O, and enables bfqq to recover the bandwidth it may
3848  * lose because of this delay.
3849  *
3850  * As a side note, it is worth considering that the above
3851  * device-idling countermeasures may however fail in the following
3852  * unlucky scenario: if I/O-dispatch plugging is (correctly) disabled
3853  * in a time period during which all symmetry sub-conditions hold, and
3854  * therefore the device is allowed to enqueue many requests, but at
3855  * some later point in time some sub-condition stops to hold, then it
3856  * may become impossible to make requests be served in the desired
3857  * order until all the requests already queued in the device have been
3858  * served. The last sub-condition commented above somewhat mitigates
3859  * this problem for weight-raised queues.
3860  *
3861  * However, as an additional mitigation for this problem, we preserve
3862  * plugging for a special symmetric case that may suddenly turn into
3863  * asymmetric: the case where only bfqq is busy. In this case, not
3864  * expiring bfqq does not cause any harm to any other queues in terms
3865  * of service guarantees. In contrast, it avoids the following unlucky
3866  * sequence of events: (1) bfqq is expired, (2) a new queue with a
3867  * lower weight than bfqq becomes busy (or more queues), (3) the new
3868  * queue is served until a new request arrives for bfqq, (4) when bfqq
3869  * is finally served, there are so many requests of the new queue in
3870  * the drive that the pending requests for bfqq take a lot of time to
3871  * be served. In particular, event (2) may case even already
3872  * dispatched requests of bfqq to be delayed, inside the drive. So, to
3873  * avoid this series of events, the scenario is preventively declared
3874  * as asymmetric also if bfqq is the only busy queues
3875  */
3876 static bool idling_needed_for_service_guarantees(struct bfq_data *bfqd,
3877                                                  struct bfq_queue *bfqq)
3878 {
3879         int tot_busy_queues = bfq_tot_busy_queues(bfqd);
3880
3881         /* No point in idling for bfqq if it won't get requests any longer */
3882         if (unlikely(!bfqq_process_refs(bfqq)))
3883                 return false;
3884
3885         return (bfqq->wr_coeff > 1 &&
3886                 (bfqd->wr_busy_queues < tot_busy_queues ||
3887                  bfqd->tot_rq_in_driver >= bfqq->dispatched + 4)) ||
3888                 bfq_asymmetric_scenario(bfqd, bfqq) ||
3889                 tot_busy_queues == 1;
3890 }
3891
3892 static bool __bfq_bfqq_expire(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
3893                               enum bfqq_expiration reason)
3894 {
3895         /*
3896          * If this bfqq is shared between multiple processes, check
3897          * to make sure that those processes are still issuing I/Os
3898          * within the mean seek distance. If not, it may be time to
3899          * break the queues apart again.
3900          */
3901         if (bfq_bfqq_coop(bfqq) && BFQQ_SEEKY(bfqq))
3902                 bfq_mark_bfqq_split_coop(bfqq);
3903
3904         /*
3905          * Consider queues with a higher finish virtual time than
3906          * bfqq. If idling_needed_for_service_guarantees(bfqq) returns
3907          * true, then bfqq's bandwidth would be violated if an
3908          * uncontrolled amount of I/O from these queues were
3909          * dispatched while bfqq is waiting for its new I/O to
3910          * arrive. This is exactly what may happen if this is a forced
3911          * expiration caused by a preemption attempt, and if bfqq is
3912          * not re-scheduled. To prevent this from happening, re-queue
3913          * bfqq if it needs I/O-dispatch plugging, even if it is
3914          * empty. By doing so, bfqq is granted to be served before the
3915          * above queues (provided that bfqq is of course eligible).
3916          */
3917         if (RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) &&
3918             !(reason == BFQQE_PREEMPTED &&
3919               idling_needed_for_service_guarantees(bfqd, bfqq))) {
3920                 if (bfqq->dispatched == 0)
3921                         /*
3922                          * Overloading budget_timeout field to store
3923                          * the time at which the queue remains with no
3924                          * backlog and no outstanding request; used by
3925                          * the weight-raising mechanism.
3926                          */
3927                         bfqq->budget_timeout = jiffies;
3928
3929                 bfq_del_bfqq_busy(bfqq, true);
3930         } else {
3931                 bfq_requeue_bfqq(bfqd, bfqq, true);
3932                 /*
3933                  * Resort priority tree of potential close cooperators.
3934                  * See comments on bfq_pos_tree_add_move() for the unlikely().
3935                  */
3936                 if (unlikely(!bfqd->nonrot_with_queueing &&
3937                              !RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list)))
3938                         bfq_pos_tree_add_move(bfqd, bfqq);
3939         }
3940
3941         /*
3942          * All in-service entities must have been properly deactivated
3943          * or requeued before executing the next function, which
3944          * resets all in-service entities as no more in service. This
3945          * may cause bfqq to be freed. If this happens, the next
3946          * function returns true.
3947          */
3948         return __bfq_bfqd_reset_in_service(bfqd);
3949 }
3950
3951 /**
3952  * __bfq_bfqq_recalc_budget - try to adapt the budget to the @bfqq behavior.
3953  * @bfqd: device data.
3954  * @bfqq: queue to update.
3955  * @reason: reason for expiration.
3956  *
3957  * Handle the feedback on @bfqq budget at queue expiration.
3958  * See the body for detailed comments.
3959  */
3960 static void __bfq_bfqq_recalc_budget(struct bfq_data *bfqd,
3961                                      struct bfq_queue *bfqq,
3962                                      enum bfqq_expiration reason)
3963 {
3964         struct request *next_rq;
3965         int budget, min_budget;
3966
3967         min_budget = bfq_min_budget(bfqd);
3968
3969         if (bfqq->wr_coeff == 1)
3970                 budget = bfqq->max_budget;
3971         else /*
3972               * Use a constant, low budget for weight-raised queues,
3973               * to help achieve a low latency. Keep it slightly higher
3974               * than the minimum possible budget, to cause a little
3975               * bit fewer expirations.
3976               */
3977                 budget = 2 * min_budget;
3978
3979         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "recalc_budg: last budg %d, budg left %d",
3980                 bfqq->entity.budget, bfq_bfqq_budget_left(bfqq));
3981         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "recalc_budg: last max_budg %d, min budg %d",
3982                 budget, bfq_min_budget(bfqd));
3983         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "recalc_budg: sync %d, seeky %d",
3984                 bfq_bfqq_sync(bfqq), BFQQ_SEEKY(bfqd->in_service_queue));
3985
3986         if (bfq_bfqq_sync(bfqq) && bfqq->wr_coeff == 1) {
3987                 switch (reason) {
3988                 /*
3989                  * Caveat: in all the following cases we trade latency
3990                  * for throughput.
3991                  */
3992                 case BFQQE_TOO_IDLE:
3993                         /*
3994                          * This is the only case where we may reduce
3995                          * the budget: if there is no request of the
3996                          * process still waiting for completion, then
3997                          * we assume (tentatively) that the timer has
3998                          * expired because the batch of requests of
3999                          * the process could have been served with a
4000                          * smaller budget.  Hence, betting that
4001                          * process will behave in the same way when it
4002                          * becomes backlogged again, we reduce its
4003                          * next budget.  As long as we guess right,
4004                          * this budget cut reduces the latency
4005                          * experienced by the process.
4006                          *
4007                          * However, if there are still outstanding
4008                          * requests, then the process may have not yet
4009                          * issued its next request just because it is
4010                          * still waiting for the completion of some of
4011                          * the still outstanding ones.  So in this
4012                          * subcase we do not reduce its budget, on the
4013                          * contrary we increase it to possibly boost
4014                          * the throughput, as discussed in the
4015                          * comments to the BUDGET_TIMEOUT case.
4016                          */
4017                         if (bfqq->dispatched > 0) /* still outstanding reqs */
4018                                 budget = min(budget * 2, bfqd->bfq_max_budget);
4019                         else {
4020                                 if (budget > 5 * min_budget)
4021                                         budget -= 4 * min_budget;
4022                                 else
4023                                         budget = min_budget;
4024                         }
4025                         break;
4026                 case BFQQE_BUDGET_TIMEOUT:
4027                         /*
4028                          * We double the budget here because it gives
4029                          * the chance to boost the throughput if this
4030                          * is not a seeky process (and has bumped into
4031                          * this timeout because of, e.g., ZBR).
4032                          */
4033                         budget = min(budget * 2, bfqd->bfq_max_budget);
4034                         break;
4035                 case BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED:
4036                         /*
4037                          * The process still has backlog, and did not
4038                          * let either the budget timeout or the disk
4039                          * idling timeout expire. Hence it is not
4040                          * seeky, has a short thinktime and may be
4041                          * happy with a higher budget too. So
4042                          * definitely increase the budget of this good
4043                          * candidate to boost the disk throughput.
4044                          */
4045                         budget = min(budget * 4, bfqd->bfq_max_budget);
4046                         break;
4047                 case BFQQE_NO_MORE_REQUESTS:
4048                         /*
4049                          * For queues that expire for this reason, it
4050                          * is particularly important to keep the
4051                          * budget close to the actual service they
4052                          * need. Doing so reduces the timestamp
4053                          * misalignment problem described in the
4054                          * comments in the body of
4055                          * __bfq_activate_entity. In fact, suppose
4056                          * that a queue systematically expires for
4057                          * BFQQE_NO_MORE_REQUESTS and presents a
4058                          * new request in time to enjoy timestamp
4059                          * back-shifting. The larger the budget of the
4060                          * queue is with respect to the service the
4061                          * queue actually requests in each service
4062                          * slot, the more times the queue can be
4063                          * reactivated with the same virtual finish
4064                          * time. It follows that, even if this finish
4065                          * time is pushed to the system virtual time
4066                          * to reduce the consequent timestamp
4067                          * misalignment, the queue unjustly enjoys for
4068                          * many re-activations a lower finish time
4069                          * than all newly activated queues.
4070                          *
4071                          * The service needed by bfqq is measured
4072                          * quite precisely by bfqq->entity.service.
4073                          * Since bfqq does not enjoy device idling,
4074                          * bfqq->entity.service is equal to the number
4075                          * of sectors that the process associated with
4076                          * bfqq requested to read/write before waiting
4077                          * for request completions, or blocking for
4078                          * other reasons.
4079                          */
4080                         budget = max_t(int, bfqq->entity.service, min_budget);
4081                         break;
4082                 default:
4083                         return;
4084                 }
4085         } else if (!bfq_bfqq_sync(bfqq)) {
4086                 /*
4087                  * Async queues get always the maximum possible
4088                  * budget, as for them we do not care about latency
4089                  * (in addition, their ability to dispatch is limited
4090                  * by the charging factor).
4091                  */
4092                 budget = bfqd->bfq_max_budget;
4093         }
4094
4095         bfqq->max_budget = budget;
4096
4097         if (bfqd->budgets_assigned >= bfq_stats_min_budgets &&
4098             !bfqd->bfq_user_max_budget)
4099                 bfqq->max_budget = min(bfqq->max_budget, bfqd->bfq_max_budget);
4100
4101         /*
4102          * If there is still backlog, then assign a new budget, making
4103          * sure that it is large enough for the next request.  Since
4104          * the finish time of bfqq must be kept in sync with the
4105          * budget, be sure to call __bfq_bfqq_expire() *after* this
4106          * update.
4107          *
4108          * If there is no backlog, then no need to update the budget;
4109          * it will be updated on the arrival of a new request.
4110          */
4111         next_rq = bfqq->next_rq;
4112         if (next_rq)
4113                 bfqq->entity.budget = max_t(unsigned long, bfqq->max_budget,
4114                                             bfq_serv_to_charge(next_rq, bfqq));
4115
4116         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "head sect: %u, new budget %d",
4117                         next_rq ? blk_rq_sectors(next_rq) : 0,
4118                         bfqq->entity.budget);
4119 }
4120
4121 /*
4122  * Return true if the process associated with bfqq is "slow". The slow
4123  * flag is used, in addition to the budget timeout, to reduce the
4124  * amount of service provided to seeky processes, and thus reduce
4125  * their chances to lower the throughput. More details in the comments
4126  * on the function bfq_bfqq_expire().
4127  *
4128  * An important observation is in order: as discussed in the comments
4129  * on the function bfq_update_peak_rate(), with devices with internal
4130  * queues, it is hard if ever possible to know when and for how long
4131  * an I/O request is processed by the device (apart from the trivial
4132  * I/O pattern where a new request is dispatched only after the
4133  * previous one has been completed). This makes it hard to evaluate
4134  * the real rate at which the I/O requests of each bfq_queue are
4135  * served.  In fact, for an I/O scheduler like BFQ, serving a
4136  * bfq_queue means just dispatching its requests during its service
4137  * slot (i.e., until the budget of the queue is exhausted, or the
4138  * queue remains idle, or, finally, a timeout fires). But, during the
4139  * service slot of a bfq_queue, around 100 ms at most, the device may
4140  * be even still processing requests of bfq_queues served in previous
4141  * service slots. On the opposite end, the requests of the in-service
4142  * bfq_queue may be completed after the service slot of the queue
4143  * finishes.
4144  *
4145  * Anyway, unless more sophisticated solutions are used
4146  * (where possible), the sum of the sizes of the requests dispatched
4147  * during the service slot of a bfq_queue is probably the only
4148  * approximation available for the service received by the bfq_queue
4149  * during its service slot. And this sum is the quantity used in this
4150  * function to evaluate the I/O speed of a process.
4151  */
4152 static bool bfq_bfqq_is_slow(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
4153                                  bool compensate, unsigned long *delta_ms)
4154 {
4155         ktime_t delta_ktime;
4156         u32 delta_usecs;
4157         bool slow = BFQQ_SEEKY(bfqq); /* if delta too short, use seekyness */
4158
4159         if (!bfq_bfqq_sync(bfqq))
4160                 return false;
4161
4162         if (compensate)
4163                 delta_ktime = bfqd->last_idling_start;
4164         else
4165                 delta_ktime = blk_time_get();
4166         delta_ktime = ktime_sub(delta_ktime, bfqd->last_budget_start);
4167         delta_usecs = ktime_to_us(delta_ktime);
4168
4169         /* don't use too short time intervals */
4170         if (delta_usecs < 1000) {
4171                 if (blk_queue_nonrot(bfqd->queue))
4172                          /*
4173                           * give same worst-case guarantees as idling
4174                           * for seeky
4175                           */
4176                         *delta_ms = BFQ_MIN_TT / NSEC_PER_MSEC;
4177                 else /* charge at least one seek */
4178                         *delta_ms = bfq_slice_idle / NSEC_PER_MSEC;
4179
4180                 return slow;
4181         }
4182
4183         *delta_ms = delta_usecs / USEC_PER_MSEC;
4184
4185         /*
4186          * Use only long (> 20ms) intervals to filter out excessive
4187          * spikes in service rate estimation.
4188          */
4189         if (delta_usecs > 20000) {
4190                 /*
4191                  * Caveat for rotational devices: processes doing I/O
4192                  * in the slower disk zones tend to be slow(er) even
4193                  * if not seeky. In this respect, the estimated peak
4194                  * rate is likely to be an average over the disk
4195                  * surface. Accordingly, to not be too harsh with
4196                  * unlucky processes, a process is deemed slow only if
4197                  * its rate has been lower than half of the estimated
4198                  * peak rate.
4199                  */
4200                 slow = bfqq->entity.service < bfqd->bfq_max_budget / 2;
4201         }
4202
4203         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "bfq_bfqq_is_slow: slow %d", slow);
4204
4205         return slow;
4206 }
4207
4208 /*
4209  * To be deemed as soft real-time, an application must meet two
4210  * requirements. First, the application must not require an average
4211  * bandwidth higher than the approximate bandwidth required to playback or
4212  * record a compressed high-definition video.
4213  * The next function is invoked on the completion of the last request of a
4214  * batch, to compute the next-start time instant, soft_rt_next_start, such
4215  * that, if the next request of the application does not arrive before
4216  * soft_rt_next_start, then the above requirement on the bandwidth is met.
4217  *
4218  * The second requirement is that the request pattern of the application is
4219  * isochronous, i.e., that, after issuing a request or a batch of requests,
4220  * the application stops issuing new requests until all its pending requests
4221  * have been completed. After that, the application may issue a new batch,
4222  * and so on.
4223  * For this reason the next function is invoked to compute
4224  * soft_rt_next_start only for applications that meet this requirement,
4225  * whereas soft_rt_next_start is set to infinity for applications that do
4226  * not.
4227  *
4228  * Unfortunately, even a greedy (i.e., I/O-bound) application may
4229  * happen to meet, occasionally or systematically, both the above
4230  * bandwidth and isochrony requirements. This may happen at least in
4231  * the following circumstances. First, if the CPU load is high. The
4232  * application may stop issuing requests while the CPUs are busy
4233  * serving other processes, then restart, then stop again for a while,
4234  * and so on. The other circumstances are related to the storage
4235  * device: the storage device is highly loaded or reaches a low-enough
4236  * throughput with the I/O of the application (e.g., because the I/O
4237  * is random and/or the device is slow). In all these cases, the
4238  * I/O of the application may be simply slowed down enough to meet
4239  * the bandwidth and isochrony requirements. To reduce the probability
4240  * that greedy applications are deemed as soft real-time in these
4241  * corner cases, a further rule is used in the computation of
4242  * soft_rt_next_start: the return value of this function is forced to
4243  * be higher than the maximum between the following two quantities.
4244  *
4245  * (a) Current time plus: (1) the maximum time for which the arrival
4246  *     of a request is waited for when a sync queue becomes idle,
4247  *     namely bfqd->bfq_slice_idle, and (2) a few extra jiffies. We
4248  *     postpone for a moment the reason for adding a few extra
4249  *     jiffies; we get back to it after next item (b).  Lower-bounding
4250  *     the return value of this function with the current time plus
4251  *     bfqd->bfq_slice_idle tends to filter out greedy applications,
4252  *     because the latter issue their next request as soon as possible
4253  *     after the last one has been completed. In contrast, a soft
4254  *     real-time application spends some time processing data, after a
4255  *     batch of its requests has been completed.
4256  *
4257  * (b) Current value of bfqq->soft_rt_next_start. As pointed out
4258  *     above, greedy applications may happen to meet both the
4259  *     bandwidth and isochrony requirements under heavy CPU or
4260  *     storage-device load. In more detail, in these scenarios, these
4261  *     applications happen, only for limited time periods, to do I/O
4262  *     slowly enough to meet all the requirements described so far,
4263  *     including the filtering in above item (a). These slow-speed
4264  *     time intervals are usually interspersed between other time
4265  *     intervals during which these applications do I/O at a very high
4266  *     speed. Fortunately, exactly because of the high speed of the
4267  *     I/O in the high-speed intervals, the values returned by this
4268  *     function happen to be so high, near the end of any such
4269  *     high-speed interval, to be likely to fall *after* the end of
4270  *     the low-speed time interval that follows. These high values are
4271  *     stored in bfqq->soft_rt_next_start after each invocation of
4272  *     this function. As a consequence, if the last value of
4273  *     bfqq->soft_rt_next_start is constantly used to lower-bound the
4274  *     next value that this function may return, then, from the very
4275  *     beginning of a low-speed interval, bfqq->soft_rt_next_start is
4276  *     likely to be constantly kept so high that any I/O request
4277  *     issued during the low-speed interval is considered as arriving
4278  *     to soon for the application to be deemed as soft
4279  *     real-time. Then, in the high-speed interval that follows, the
4280  *     application will not be deemed as soft real-time, just because
4281  *     it will do I/O at a high speed. And so on.
4282  *
4283  * Getting back to the filtering in item (a), in the following two
4284  * cases this filtering might be easily passed by a greedy
4285  * application, if the reference quantity was just
4286  * bfqd->bfq_slice_idle:
4287  * 1) HZ is so low that the duration of a jiffy is comparable to or
4288  *    higher than bfqd->bfq_slice_idle. This happens, e.g., on slow
4289  *    devices with HZ=100. The time granularity may be so coarse
4290  *    that the approximation, in jiffies, of bfqd->bfq_slice_idle
4291  *    is rather lower than the exact value.
4292  * 2) jiffies, instead of increasing at a constant rate, may stop increasing
4293  *    for a while, then suddenly 'jump' by several units to recover the lost
4294  *    increments. This seems to happen, e.g., inside virtual machines.
4295  * To address this issue, in the filtering in (a) we do not use as a
4296  * reference time interval just bfqd->bfq_slice_idle, but
4297  * bfqd->bfq_slice_idle plus a few jiffies. In particular, we add the
4298  * minimum number of jiffies for which the filter seems to be quite
4299  * precise also in embedded systems and KVM/QEMU virtual machines.
4300  */
4301 static unsigned long bfq_bfqq_softrt_next_start(struct bfq_data *bfqd,
4302                                                 struct bfq_queue *bfqq)
4303 {
4304         return max3(bfqq->soft_rt_next_start,
4305                     bfqq->last_idle_bklogged +
4306                     HZ * bfqq->service_from_backlogged /
4307                     bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate,
4308                     jiffies + nsecs_to_jiffies(bfqq->bfqd->bfq_slice_idle) + 4);
4309 }
4310
4311 /**
4312  * bfq_bfqq_expire - expire a queue.
4313  * @bfqd: device owning the queue.
4314  * @bfqq: the queue to expire.
4315  * @compensate: if true, compensate for the time spent idling.
4316  * @reason: the reason causing the expiration.
4317  *
4318  * If the process associated with bfqq does slow I/O (e.g., because it
4319  * issues random requests), we charge bfqq with the time it has been
4320  * in service instead of the service it has received (see
4321  * bfq_bfqq_charge_time for details on how this goal is achieved). As
4322  * a consequence, bfqq will typically get higher timestamps upon
4323  * reactivation, and hence it will be rescheduled as if it had
4324  * received more service than what it has actually received. In the
4325  * end, bfqq receives less service in proportion to how slowly its
4326  * associated process consumes its budgets (and hence how seriously it
4327  * tends to lower the throughput). In addition, this time-charging
4328  * strategy guarantees time fairness among slow processes. In
4329  * contrast, if the process associated with bfqq is not slow, we
4330  * charge bfqq exactly with the service it has received.
4331  *
4332  * Charging time to the first type of queues and the exact service to
4333  * the other has the effect of using the WF2Q+ policy to schedule the
4334  * former on a timeslice basis, without violating service domain
4335  * guarantees among the latter.
4336  */
4337 void bfq_bfqq_expire(struct bfq_data *bfqd,
4338                      struct bfq_queue *bfqq,
4339                      bool compensate,
4340                      enum bfqq_expiration reason)
4341 {
4342         bool slow;
4343         unsigned long delta = 0;
4344         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
4345
4346         /*
4347          * Check whether the process is slow (see bfq_bfqq_is_slow).
4348          */
4349         slow = bfq_bfqq_is_slow(bfqd, bfqq, compensate, &delta);
4350
4351         /*
4352          * As above explained, charge slow (typically seeky) and
4353          * timed-out queues with the time and not the service
4354          * received, to favor sequential workloads.
4355          *
4356          * Processes doing I/O in the slower disk zones will tend to
4357          * be slow(er) even if not seeky. Therefore, since the
4358          * estimated peak rate is actually an average over the disk
4359          * surface, these processes may timeout just for bad luck. To
4360          * avoid punishing them, do not charge time to processes that
4361          * succeeded in consuming at least 2/3 of their budget. This
4362          * allows BFQ to preserve enough elasticity to still perform
4363          * bandwidth, and not time, distribution with little unlucky
4364          * or quasi-sequential processes.
4365          */
4366         if (bfqq->wr_coeff == 1 &&
4367             (slow ||
4368              (reason == BFQQE_BUDGET_TIMEOUT &&
4369               bfq_bfqq_budget_left(bfqq) >=  entity->budget / 3)))
4370                 bfq_bfqq_charge_time(bfqd, bfqq, delta);
4371
4372         if (bfqd->low_latency && bfqq->wr_coeff == 1)
4373                 bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
4374
4375         if (bfqd->low_latency && bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate > 0 &&
4376             RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list)) {
4377                 /*
4378                  * If we get here, and there are no outstanding
4379                  * requests, then the request pattern is isochronous
4380                  * (see the comments on the function
4381                  * bfq_bfqq_softrt_next_start()). Therefore we can
4382                  * compute soft_rt_next_start.
4383                  *
4384                  * If, instead, the queue still has outstanding
4385                  * requests, then we have to wait for the completion
4386                  * of all the outstanding requests to discover whether
4387                  * the request pattern is actually isochronous.
4388                  */
4389                 if (bfqq->dispatched == 0)
4390                         bfqq->soft_rt_next_start =
4391                                 bfq_bfqq_softrt_next_start(bfqd, bfqq);
4392                 else if (bfqq->dispatched > 0) {
4393                         /*
4394                          * Schedule an update of soft_rt_next_start to when
4395                          * the task may be discovered to be isochronous.
4396                          */
4397                         bfq_mark_bfqq_softrt_update(bfqq);
4398                 }
4399         }
4400
4401         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq,
4402                 "expire (%d, slow %d, num_disp %d, short_ttime %d)", reason,
4403                 slow, bfqq->dispatched, bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq));
4404
4405         /*
4406          * bfqq expired, so no total service time needs to be computed
4407          * any longer: reset state machine for measuring total service
4408          * times.
4409          */
4410         bfqd->rqs_injected = bfqd->wait_dispatch = false;
4411         bfqd->waited_rq = NULL;
4412
4413         /*
4414          * Increase, decrease or leave budget unchanged according to
4415          * reason.
4416          */
4417         __bfq_bfqq_recalc_budget(bfqd, bfqq, reason);
4418         if (__bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, reason))
4419                 /* bfqq is gone, no more actions on it */
4420                 return;
4421
4422         /* mark bfqq as waiting a request only if a bic still points to it */
4423         if (!bfq_bfqq_busy(bfqq) &&
4424             reason != BFQQE_BUDGET_TIMEOUT &&
4425             reason != BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED) {
4426                 bfq_mark_bfqq_non_blocking_wait_rq(bfqq);
4427                 /*
4428                  * Not setting service to 0, because, if the next rq
4429                  * arrives in time, the queue will go on receiving
4430                  * service with this same budget (as if it never expired)
4431                  */
4432         } else
4433                 entity->service = 0;
4434
4435         /*
4436          * Reset the received-service counter for every parent entity.
4437          * Differently from what happens with bfqq->entity.service,
4438          * the resetting of this counter never needs to be postponed
4439          * for parent entities. In fact, in case bfqq may have a
4440          * chance to go on being served using the last, partially
4441          * consumed budget, bfqq->entity.service needs to be kept,
4442          * because if bfqq then actually goes on being served using
4443          * the same budget, the last value of bfqq->entity.service is
4444          * needed to properly decrement bfqq->entity.budget by the
4445          * portion already consumed. In contrast, it is not necessary
4446          * to keep entity->service for parent entities too, because
4447          * the bubble up of the new value of bfqq->entity.budget will
4448          * make sure that the budgets of parent entities are correct,
4449          * even in case bfqq and thus parent entities go on receiving
4450          * service with the same budget.
4451          */
4452         entity = entity->parent;
4453         for_each_entity(entity)
4454                 entity->service = 0;
4455 }
4456
4457 /*
4458  * Budget timeout is not implemented through a dedicated timer, but
4459  * just checked on request arrivals and completions, as well as on
4460  * idle timer expirations.
4461  */
4462 static bool bfq_bfqq_budget_timeout(struct bfq_queue *bfqq)
4463 {
4464         return time_is_before_eq_jiffies(bfqq->budget_timeout);
4465 }
4466
4467 /*
4468  * If we expire a queue that is actively waiting (i.e., with the
4469  * device idled) for the arrival of a new request, then we may incur
4470  * the timestamp misalignment problem described in the body of the
4471  * function __bfq_activate_entity. Hence we return true only if this
4472  * condition does not hold, or if the queue is slow enough to deserve
4473  * only to be kicked off for preserving a high throughput.
4474  */
4475 static bool bfq_may_expire_for_budg_timeout(struct bfq_queue *bfqq)
4476 {
4477         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq,
4478                 "may_budget_timeout: wait_request %d left %d timeout %d",
4479                 bfq_bfqq_wait_request(bfqq),
4480                         bfq_bfqq_budget_left(bfqq) >=  bfqq->entity.budget / 3,
4481                 bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq));
4482
4483         return (!bfq_bfqq_wait_request(bfqq) ||
4484                 bfq_bfqq_budget_left(bfqq) >=  bfqq->entity.budget / 3)
4485                 &&
4486                 bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq);
4487 }
4488
4489 static bool idling_boosts_thr_without_issues(struct bfq_data *bfqd,
4490                                              struct bfq_queue *bfqq)
4491 {
4492         bool rot_without_queueing =
4493                 !blk_queue_nonrot(bfqd->queue) && !bfqd->hw_tag,
4494                 bfqq_sequential_and_IO_bound,
4495                 idling_boosts_thr;
4496
4497         /* No point in idling for bfqq if it won't get requests any longer */
4498         if (unlikely(!bfqq_process_refs(bfqq)))
4499                 return false;
4500
4501         bfqq_sequential_and_IO_bound = !BFQQ_SEEKY(bfqq) &&
4502                 bfq_bfqq_IO_bound(bfqq) && bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
4503
4504         /*
4505          * The next variable takes into account the cases where idling
4506          * boosts the throughput.
4507          *
4508          * The value of the variable is computed considering, first, that
4509          * idling is virtually always beneficial for the throughput if:
4510          * (a) the device is not NCQ-capable and rotational, or
4511          * (b) regardless of the presence of NCQ, the device is rotational and
4512          *     the request pattern for bfqq is I/O-bound and sequential, or
4513          * (c) regardless of whether it is rotational, the device is
4514          *     not NCQ-capable and the request pattern for bfqq is
4515          *     I/O-bound and sequential.
4516          *
4517          * Secondly, and in contrast to the above item (b), idling an
4518          * NCQ-capable flash-based device would not boost the
4519          * throughput even with sequential I/O; rather it would lower
4520          * the throughput in proportion to how fast the device
4521          * is. Accordingly, the next variable is true if any of the
4522          * above conditions (a), (b) or (c) is true, and, in
4523          * particular, happens to be false if bfqd is an NCQ-capable
4524          * flash-based device.
4525          */
4526         idling_boosts_thr = rot_without_queueing ||
4527                 ((!blk_queue_nonrot(bfqd->queue) || !bfqd->hw_tag) &&
4528                  bfqq_sequential_and_IO_bound);
4529
4530         /*
4531          * The return value of this function is equal to that of
4532          * idling_boosts_thr, unless a special case holds. In this
4533          * special case, described below, idling may cause problems to
4534          * weight-raised queues.
4535          *
4536          * When the request pool is saturated (e.g., in the presence
4537          * of write hogs), if the processes associated with
4538          * non-weight-raised queues ask for requests at a lower rate,
4539          * then processes associated with weight-raised queues have a
4540          * higher probability to get a request from the pool
4541          * immediately (or at least soon) when they need one. Thus
4542          * they have a higher probability to actually get a fraction
4543          * of the device throughput proportional to their high
4544          * weight. This is especially true with NCQ-capable drives,
4545          * which enqueue several requests in advance, and further
4546          * reorder internally-queued requests.
4547          *
4548          * For this reason, we force to false the return value if
4549          * there are weight-raised busy queues. In this case, and if
4550          * bfqq is not weight-raised, this guarantees that the device
4551          * is not idled for bfqq (if, instead, bfqq is weight-raised,
4552          * then idling will be guaranteed by another variable, see
4553          * below). Combined with the timestamping rules of BFQ (see
4554          * [1] for details), this behavior causes bfqq, and hence any
4555          * sync non-weight-raised queue, to get a lower number of
4556          * requests served, and thus to ask for a lower number of
4557          * requests from the request pool, before the busy
4558          * weight-raised queues get served again. This often mitigates
4559          * starvation problems in the presence of heavy write
4560          * workloads and NCQ, thereby guaranteeing a higher
4561          * application and system responsiveness in these hostile
4562          * scenarios.
4563          */
4564         return idling_boosts_thr &&
4565                 bfqd->wr_busy_queues == 0;
4566 }
4567
4568 /*
4569  * For a queue that becomes empty, device idling is allowed only if
4570  * this function returns true for that queue. As a consequence, since
4571  * device idling plays a critical role for both throughput boosting
4572  * and service guarantees, the return value of this function plays a
4573  * critical role as well.
4574  *
4575  * In a nutshell, this function returns true only if idling is
4576  * beneficial for throughput or, even if detrimental for throughput,
4577  * idling is however necessary to preserve service guarantees (low
4578  * latency, desired throughput distribution, ...). In particular, on
4579  * NCQ-capable devices, this function tries to return false, so as to
4580  * help keep the drives' internal queues full, whenever this helps the
4581  * device boost the throughput without causing any service-guarantee
4582  * issue.
4583  *
4584  * Most of the issues taken into account to get the return value of
4585  * this function are not trivial. We discuss these issues in the two
4586  * functions providing the main pieces of information needed by this
4587  * function.
4588  */
4589 static bool bfq_better_to_idle(struct bfq_queue *bfqq)
4590 {
4591         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
4592         bool idling_boosts_thr_with_no_issue, idling_needed_for_service_guar;
4593
4594         /* No point in idling for bfqq if it won't get requests any longer */
4595         if (unlikely(!bfqq_process_refs(bfqq)))
4596                 return false;
4597
4598         if (unlikely(bfqd->strict_guarantees))
4599                 return true;
4600
4601         /*
4602          * Idling is performed only if slice_idle > 0. In addition, we
4603          * do not idle if
4604          * (a) bfqq is async
4605          * (b) bfqq is in the idle io prio class: in this case we do
4606          * not idle because we want to minimize the bandwidth that
4607          * queues in this class can steal to higher-priority queues
4608          */
4609         if (bfqd->bfq_slice_idle == 0 || !bfq_bfqq_sync(bfqq) ||
4610            bfq_class_idle(bfqq))
4611                 return false;
4612
4613         idling_boosts_thr_with_no_issue =
4614                 idling_boosts_thr_without_issues(bfqd, bfqq);
4615
4616         idling_needed_for_service_guar =
4617                 idling_needed_for_service_guarantees(bfqd, bfqq);
4618
4619         /*
4620          * We have now the two components we need to compute the
4621          * return value of the function, which is true only if idling
4622          * either boosts the throughput (without issues), or is
4623          * necessary to preserve service guarantees.
4624          */
4625         return idling_boosts_thr_with_no_issue ||
4626                 idling_needed_for_service_guar;
4627 }
4628
4629 /*
4630  * If the in-service queue is empty but the function bfq_better_to_idle
4631  * returns true, then:
4632  * 1) the queue must remain in service and cannot be expired, and
4633  * 2) the device must be idled to wait for the possible arrival of a new
4634  *    request for the queue.
4635  * See the comments on the function bfq_better_to_idle for the reasons
4636  * why performing device idling is the best choice to boost the throughput
4637  * and preserve service guarantees when bfq_better_to_idle itself
4638  * returns true.
4639  */
4640 static bool bfq_bfqq_must_idle(struct bfq_queue *bfqq)
4641 {
4642         return RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) && bfq_better_to_idle(bfqq);
4643 }
4644
4645 /*
4646  * This function chooses the queue from which to pick the next extra
4647  * I/O request to inject, if it finds a compatible queue. See the
4648  * comments on bfq_update_inject_limit() for details on the injection
4649  * mechanism, and for the definitions of the quantities mentioned
4650  * below.
4651  */
4652 static struct bfq_queue *
4653 bfq_choose_bfqq_for_injection(struct bfq_data *bfqd)
4654 {
4655         struct bfq_queue *bfqq, *in_serv_bfqq = bfqd->in_service_queue;
4656         unsigned int limit = in_serv_bfqq->inject_limit;
4657         int i;
4658
4659         /*
4660          * If
4661          * - bfqq is not weight-raised and therefore does not carry
4662          *   time-critical I/O,
4663          * or
4664          * - regardless of whether bfqq is weight-raised, bfqq has
4665          *   however a long think time, during which it can absorb the
4666          *   effect of an appropriate number of extra I/O requests
4667          *   from other queues (see bfq_update_inject_limit for
4668          *   details on the computation of this number);
4669          * then injection can be performed without restrictions.
4670          */
4671         bool in_serv_always_inject = in_serv_bfqq->wr_coeff == 1 ||
4672                 !bfq_bfqq_has_short_ttime(in_serv_bfqq);
4673
4674         /*
4675          * If
4676          * - the baseline total service time could not be sampled yet,
4677          *   so the inject limit happens to be still 0, and
4678          * - a lot of time has elapsed since the plugging of I/O
4679          *   dispatching started, so drive speed is being wasted
4680          *   significantly;
4681          * then temporarily raise inject limit to one request.
4682          */
4683         if (limit == 0 && in_serv_bfqq->last_serv_time_ns == 0 &&
4684             bfq_bfqq_wait_request(in_serv_bfqq) &&
4685             time_is_before_eq_jiffies(bfqd->last_idling_start_jiffies +
4686                                       bfqd->bfq_slice_idle)
4687                 )
4688                 limit = 1;
4689
4690         if (bfqd->tot_rq_in_driver >= limit)
4691                 return NULL;
4692
4693         /*
4694          * Linear search of the source queue for injection; but, with
4695          * a high probability, very few steps are needed to find a
4696          * candidate queue, i.e., a queue with enough budget left for
4697          * its next request. In fact:
4698          * - BFQ dynamically updates the budget of every queue so as
4699          *   to accommodate the expected backlog of the queue;
4700          * - if a queue gets all its requests dispatched as injected
4701          *   service, then the queue is removed from the active list
4702          *   (and re-added only if it gets new requests, but then it
4703          *   is assigned again enough budget for its new backlog).
4704          */
4705         for (i = 0; i < bfqd->num_actuators; i++) {
4706                 list_for_each_entry(bfqq, &bfqd->active_list[i], bfqq_list)
4707                         if (!RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) &&
4708                                 (in_serv_always_inject || bfqq->wr_coeff > 1) &&
4709                                 bfq_serv_to_charge(bfqq->next_rq, bfqq) <=
4710                                 bfq_bfqq_budget_left(bfqq)) {
4711                         /*
4712                          * Allow for only one large in-flight request
4713                          * on non-rotational devices, for the
4714                          * following reason. On non-rotationl drives,
4715                          * large requests take much longer than
4716                          * smaller requests to be served. In addition,
4717                          * the drive prefers to serve large requests
4718                          * w.r.t. to small ones, if it can choose. So,
4719                          * having more than one large requests queued
4720                          * in the drive may easily make the next first
4721                          * request of the in-service queue wait for so
4722                          * long to break bfqq's service guarantees. On
4723                          * the bright side, large requests let the
4724                          * drive reach a very high throughput, even if
4725                          * there is only one in-flight large request
4726                          * at a time.
4727                          */
4728                         if (blk_queue_nonrot(bfqd->queue) &&
4729                             blk_rq_sectors(bfqq->next_rq) >=
4730                             BFQQ_SECT_THR_NONROT &&
4731                             bfqd->tot_rq_in_driver >= 1)
4732                                 continue;
4733                         else {
4734                                 bfqd->rqs_injected = true;
4735                                 return bfqq;
4736                         }
4737                 }
4738         }
4739
4740         return NULL;
4741 }
4742
4743 static struct bfq_queue *
4744 bfq_find_active_bfqq_for_actuator(struct bfq_data *bfqd, int idx)
4745 {
4746         struct bfq_queue *bfqq;
4747
4748         if (bfqd->in_service_queue &&
4749             bfqd->in_service_queue->actuator_idx == idx)
4750                 return bfqd->in_service_queue;
4751
4752         list_for_each_entry(bfqq, &bfqd->active_list[idx], bfqq_list) {
4753                 if (!RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) &&
4754                         bfq_serv_to_charge(bfqq->next_rq, bfqq) <=
4755                                 bfq_bfqq_budget_left(bfqq)) {
4756                         return bfqq;
4757                 }
4758         }
4759
4760         return NULL;
4761 }
4762
4763 /*
4764  * Perform a linear scan of each actuator, until an actuator is found
4765  * for which the following three conditions hold: the load of the
4766  * actuator is below the threshold (see comments on
4767  * actuator_load_threshold for details) and lower than that of the
4768  * next actuator (comments on this extra condition below), and there
4769  * is a queue that contains I/O for that actuator. On success, return
4770  * that queue.
4771  *
4772  * Performing a plain linear scan entails a prioritization among
4773  * actuators. The extra condition above breaks this prioritization and
4774  * tends to distribute injection uniformly across actuators.
4775  */
4776 static struct bfq_queue *
4777 bfq_find_bfqq_for_underused_actuator(struct bfq_data *bfqd)
4778 {
4779         int i;
4780
4781         for (i = 0 ; i < bfqd->num_actuators; i++) {
4782                 if (bfqd->rq_in_driver[i] < bfqd->actuator_load_threshold &&
4783                     (i == bfqd->num_actuators - 1 ||
4784                      bfqd->rq_in_driver[i] < bfqd->rq_in_driver[i+1])) {
4785                         struct bfq_queue *bfqq =
4786                                 bfq_find_active_bfqq_for_actuator(bfqd, i);
4787
4788                         if (bfqq)
4789                                 return bfqq;
4790                 }
4791         }
4792
4793         return NULL;
4794 }
4795
4796
4797 /*
4798  * Select a queue for service.  If we have a current queue in service,
4799  * check whether to continue servicing it, or retrieve and set a new one.
4800  */
4801 static struct bfq_queue *bfq_select_queue(struct bfq_data *bfqd)
4802 {
4803         struct bfq_queue *bfqq, *inject_bfqq;
4804         struct request *next_rq;
4805         enum bfqq_expiration reason = BFQQE_BUDGET_TIMEOUT;
4806
4807         bfqq = bfqd->in_service_queue;
4808         if (!bfqq)
4809                 goto new_queue;
4810
4811         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "select_queue: already in-service queue");
4812
4813         /*
4814          * Do not expire bfqq for budget timeout if bfqq may be about
4815          * to enjoy device idling. The reason why, in this case, we
4816          * prevent bfqq from expiring is the same as in the comments
4817          * on the case where bfq_bfqq_must_idle() returns true, in
4818          * bfq_completed_request().
4819          */
4820         if (bfq_may_expire_for_budg_timeout(bfqq) &&
4821             !bfq_bfqq_must_idle(bfqq))
4822                 goto expire;
4823
4824 check_queue:
4825         /*
4826          *  If some actuator is underutilized, but the in-service
4827          *  queue does not contain I/O for that actuator, then try to
4828          *  inject I/O for that actuator.
4829          */
4830         inject_bfqq = bfq_find_bfqq_for_underused_actuator(bfqd);
4831         if (inject_bfqq && inject_bfqq != bfqq)
4832                 return inject_bfqq;
4833
4834         /*
4835          * This loop is rarely executed more than once. Even when it
4836          * happens, it is much more convenient to re-execute this loop
4837          * than to return NULL and trigger a new dispatch to get a
4838          * request served.
4839          */
4840         next_rq = bfqq->next_rq;
4841         /*
4842          * If bfqq has requests queued and it has enough budget left to
4843          * serve them, keep the queue, otherwise expire it.
4844          */
4845         if (next_rq) {
4846                 if (bfq_serv_to_charge(next_rq, bfqq) >
4847                         bfq_bfqq_budget_left(bfqq)) {
4848                         /*
4849                          * Expire the queue for budget exhaustion,
4850                          * which makes sure that the next budget is
4851                          * enough to serve the next request, even if
4852                          * it comes from the fifo expired path.
4853                          */
4854                         reason = BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED;
4855                         goto expire;
4856                 } else {
4857                         /*
4858                          * The idle timer may be pending because we may
4859                          * not disable disk idling even when a new request
4860                          * arrives.
4861                          */
4862                         if (bfq_bfqq_wait_request(bfqq)) {
4863                                 /*
4864                                  * If we get here: 1) at least a new request
4865                                  * has arrived but we have not disabled the
4866                                  * timer because the request was too small,
4867                                  * 2) then the block layer has unplugged
4868                                  * the device, causing the dispatch to be
4869                                  * invoked.
4870                                  *
4871                                  * Since the device is unplugged, now the
4872                                  * requests are probably large enough to
4873                                  * provide a reasonable throughput.
4874                                  * So we disable idling.
4875                                  */
4876                                 bfq_clear_bfqq_wait_request(bfqq);
4877                                 hrtimer_try_to_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
4878                         }
4879                         goto keep_queue;
4880                 }
4881         }
4882
4883         /*
4884          * No requests pending. However, if the in-service queue is idling
4885          * for a new request, or has requests waiting for a completion and
4886          * may idle after their completion, then keep it anyway.
4887          *
4888          * Yet, inject service from other queues if it boosts
4889          * throughput and is possible.
4890          */
4891         if (bfq_bfqq_wait_request(bfqq) ||
4892             (bfqq->dispatched != 0 && bfq_better_to_idle(bfqq))) {
4893                 unsigned int act_idx = bfqq->actuator_idx;
4894                 struct bfq_queue *async_bfqq = NULL;
4895                 struct bfq_queue *blocked_bfqq =
4896                         !hlist_empty(&bfqq->woken_list) ?
4897                         container_of(bfqq->woken_list.first,
4898                                      struct bfq_queue,
4899                                      woken_list_node)
4900                         : NULL;
4901
4902                 if (bfqq->bic && bfqq->bic->bfqq[0][act_idx] &&
4903                     bfq_bfqq_busy(bfqq->bic->bfqq[0][act_idx]) &&
4904                     bfqq->bic->bfqq[0][act_idx]->next_rq)
4905                         async_bfqq = bfqq->bic->bfqq[0][act_idx];
4906                 /*
4907                  * The next four mutually-exclusive ifs decide
4908                  * whether to try injection, and choose the queue to
4909                  * pick an I/O request from.
4910                  *
4911                  * The first if checks whether the process associated
4912                  * with bfqq has also async I/O pending. If so, it
4913                  * injects such I/O unconditionally. Injecting async
4914                  * I/O from the same process can cause no harm to the
4915                  * process. On the contrary, it can only increase
4916                  * bandwidth and reduce latency for the process.
4917                  *
4918                  * The second if checks whether there happens to be a
4919                  * non-empty waker queue for bfqq, i.e., a queue whose
4920                  * I/O needs to be completed for bfqq to receive new
4921                  * I/O. This happens, e.g., if bfqq is associated with
4922                  * a process that does some sync. A sync generates
4923                  * extra blocking I/O, which must be completed before
4924                  * the process associated with bfqq can go on with its
4925                  * I/O. If the I/O of the waker queue is not served,
4926                  * then bfqq remains empty, and no I/O is dispatched,
4927                  * until the idle timeout fires for bfqq. This is
4928                  * likely to result in lower bandwidth and higher
4929                  * latencies for bfqq, and in a severe loss of total
4930                  * throughput. The best action to take is therefore to
4931                  * serve the waker queue as soon as possible. So do it
4932                  * (without relying on the third alternative below for
4933                  * eventually serving waker_bfqq's I/O; see the last
4934                  * paragraph for further details). This systematic
4935                  * injection of I/O from the waker queue does not
4936                  * cause any delay to bfqq's I/O. On the contrary,
4937                  * next bfqq's I/O is brought forward dramatically,
4938                  * for it is not blocked for milliseconds.
4939                  *
4940                  * The third if checks whether there is a queue woken
4941                  * by bfqq, and currently with pending I/O. Such a
4942                  * woken queue does not steal bandwidth from bfqq,
4943                  * because it remains soon without I/O if bfqq is not
4944                  * served. So there is virtually no risk of loss of
4945                  * bandwidth for bfqq if this woken queue has I/O
4946                  * dispatched while bfqq is waiting for new I/O.
4947                  *
4948                  * The fourth if checks whether bfqq is a queue for
4949                  * which it is better to avoid injection. It is so if
4950                  * bfqq delivers more throughput when served without
4951                  * any further I/O from other queues in the middle, or
4952                  * if the service times of bfqq's I/O requests both
4953                  * count more than overall throughput, and may be
4954                  * easily increased by injection (this happens if bfqq
4955                  * has a short think time). If none of these
4956                  * conditions holds, then a candidate queue for
4957                  * injection is looked for through
4958                  * bfq_choose_bfqq_for_injection(). Note that the
4959                  * latter may return NULL (for example if the inject
4960                  * limit for bfqq is currently 0).
4961                  *
4962                  * NOTE: motivation for the second alternative
4963                  *
4964                  * Thanks to the way the inject limit is updated in
4965                  * bfq_update_has_short_ttime(), it is rather likely
4966                  * that, if I/O is being plugged for bfqq and the
4967                  * waker queue has pending I/O requests that are
4968                  * blocking bfqq's I/O, then the fourth alternative
4969                  * above lets the waker queue get served before the
4970                  * I/O-plugging timeout fires. So one may deem the
4971                  * second alternative superfluous. It is not, because
4972                  * the fourth alternative may be way less effective in
4973                  * case of a synchronization. For two main
4974                  * reasons. First, throughput may be low because the
4975                  * inject limit may be too low to guarantee the same
4976                  * amount of injected I/O, from the waker queue or
4977                  * other queues, that the second alternative
4978                  * guarantees (the second alternative unconditionally
4979                  * injects a pending I/O request of the waker queue
4980                  * for each bfq_dispatch_request()). Second, with the
4981                  * fourth alternative, the duration of the plugging,
4982                  * i.e., the time before bfqq finally receives new I/O,
4983                  * may not be minimized, because the waker queue may
4984                  * happen to be served only after other queues.
4985                  */
4986                 if (async_bfqq &&
4987                     icq_to_bic(async_bfqq->next_rq->elv.icq) == bfqq->bic &&
4988                     bfq_serv_to_charge(async_bfqq->next_rq, async_bfqq) <=
4989                     bfq_bfqq_budget_left(async_bfqq))
4990                         bfqq = async_bfqq;
4991                 else if (bfqq->waker_bfqq &&
4992                            bfq_bfqq_busy(bfqq->waker_bfqq) &&
4993                            bfqq->waker_bfqq->next_rq &&
4994                            bfq_serv_to_charge(bfqq->waker_bfqq->next_rq,
4995                                               bfqq->waker_bfqq) <=
4996                            bfq_bfqq_budget_left(bfqq->waker_bfqq)
4997                         )
4998                         bfqq = bfqq->waker_bfqq;
4999                 else if (blocked_bfqq &&
5000                            bfq_bfqq_busy(blocked_bfqq) &&
5001                            blocked_bfqq->next_rq &&
5002                            bfq_serv_to_charge(blocked_bfqq->next_rq,
5003                                               blocked_bfqq) <=
5004                            bfq_bfqq_budget_left(blocked_bfqq)
5005                         )
5006                         bfqq = blocked_bfqq;
5007                 else if (!idling_boosts_thr_without_issues(bfqd, bfqq) &&
5008                          (bfqq->wr_coeff == 1 || bfqd->wr_busy_queues > 1 ||
5009                           !bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq)))
5010                         bfqq = bfq_choose_bfqq_for_injection(bfqd);
5011                 else
5012                         bfqq = NULL;
5013
5014                 goto keep_queue;
5015         }
5016
5017         reason = BFQQE_NO_MORE_REQUESTS;
5018 expire:
5019         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false, reason);
5020 new_queue:
5021         bfqq = bfq_set_in_service_queue(bfqd);
5022         if (bfqq) {
5023                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "select_queue: checking new queue");
5024                 goto check_queue;
5025         }
5026 keep_queue:
5027         if (bfqq)
5028                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "select_queue: returned this queue");
5029         else
5030                 bfq_log(bfqd, "select_queue: no queue returned");
5031
5032         return bfqq;
5033 }
5034
5035 static void bfq_update_wr_data(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
5036 {
5037         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
5038
5039         if (bfqq->wr_coeff > 1) { /* queue is being weight-raised */
5040                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq,
5041                         "raising period dur %u/%u msec, old coeff %u, w %d(%d)",
5042                         jiffies_to_msecs(jiffies - bfqq->last_wr_start_finish),
5043                         jiffies_to_msecs(bfqq->wr_cur_max_time),
5044                         bfqq->wr_coeff,
5045                         bfqq->entity.weight, bfqq->entity.orig_weight);
5046
5047                 if (entity->prio_changed)
5048                         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "WARN: pending prio change");
5049
5050                 /*
5051                  * If the queue was activated in a burst, or too much
5052                  * time has elapsed from the beginning of this
5053                  * weight-raising period, then end weight raising.
5054                  */
5055                 if (bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq))
5056                         bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
5057                 else if (time_is_before_jiffies(bfqq->last_wr_start_finish +
5058                                                 bfqq->wr_cur_max_time)) {
5059                         if (bfqq->wr_cur_max_time != bfqd->bfq_wr_rt_max_time ||
5060                         time_is_before_jiffies(bfqq->wr_start_at_switch_to_srt +
5061                                                bfq_wr_duration(bfqd))) {
5062                                 /*
5063                                  * Either in interactive weight
5064                                  * raising, or in soft_rt weight
5065                                  * raising with the
5066                                  * interactive-weight-raising period
5067                                  * elapsed (so no switch back to
5068                                  * interactive weight raising).
5069                                  */
5070                                 bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
5071                         } else { /*
5072                                   * soft_rt finishing while still in
5073                                   * interactive period, switch back to
5074                                   * interactive weight raising
5075                                   */
5076                                 switch_back_to_interactive_wr(bfqq, bfqd);
5077                                 bfqq->entity.prio_changed = 1;
5078                         }
5079                 }
5080                 if (bfqq->wr_coeff > 1 &&
5081                     bfqq->wr_cur_max_time != bfqd->bfq_wr_rt_max_time &&
5082                     bfqq->service_from_wr > max_service_from_wr) {
5083                         /* see comments on max_service_from_wr */
5084                         bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
5085                 }
5086         }
5087         /*
5088          * To improve latency (for this or other queues), immediately
5089          * update weight both if it must be raised and if it must be
5090          * lowered. Since, entity may be on some active tree here, and
5091          * might have a pending change of its ioprio class, invoke
5092          * next function with the last parameter unset (see the
5093          * comments on the function).
5094          */
5095         if ((entity->weight > entity->orig_weight) != (bfqq->wr_coeff > 1))
5096                 __bfq_entity_update_weight_prio(bfq_entity_service_tree(entity),
5097                                                 entity, false);
5098 }
5099
5100 /*
5101  * Dispatch next request from bfqq.
5102  */
5103 static struct request *bfq_dispatch_rq_from_bfqq(struct bfq_data *bfqd,
5104                                                  struct bfq_queue *bfqq)
5105 {
5106         struct request *rq = bfqq->next_rq;
5107         unsigned long service_to_charge;
5108
5109         service_to_charge = bfq_serv_to_charge(rq, bfqq);
5110
5111         bfq_bfqq_served(bfqq, service_to_charge);
5112
5113         if (bfqq == bfqd->in_service_queue && bfqd->wait_dispatch) {
5114                 bfqd->wait_dispatch = false;
5115                 bfqd->waited_rq = rq;
5116         }
5117
5118         bfq_dispatch_remove(bfqd->queue, rq);
5119
5120         if (bfqq != bfqd->in_service_queue)
5121                 return rq;
5122
5123         /*
5124          * If weight raising has to terminate for bfqq, then next
5125          * function causes an immediate update of bfqq's weight,
5126          * without waiting for next activation. As a consequence, on
5127          * expiration, bfqq will be timestamped as if has never been
5128          * weight-raised during this service slot, even if it has
5129          * received part or even most of the service as a
5130          * weight-raised queue. This inflates bfqq's timestamps, which
5131          * is beneficial, as bfqq is then more willing to leave the
5132          * device immediately to possible other weight-raised queues.
5133          */
5134         bfq_update_wr_data(bfqd, bfqq);
5135
5136         /*
5137          * Expire bfqq, pretending that its budget expired, if bfqq
5138          * belongs to CLASS_IDLE and other queues are waiting for
5139          * service.
5140          */
5141         if (bfq_tot_busy_queues(bfqd) > 1 && bfq_class_idle(bfqq))
5142                 bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false, BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED);
5143
5144         return rq;
5145 }
5146
5147 static bool bfq_has_work(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
5148 {
5149         struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
5150
5151         /*
5152          * Avoiding lock: a race on bfqd->queued should cause at
5153          * most a call to dispatch for nothing
5154          */
5155         return !list_empty_careful(&bfqd->dispatch) ||
5156                 READ_ONCE(bfqd->queued);
5157 }
5158
5159 static struct request *__bfq_dispatch_request(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
5160 {
5161         struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
5162         struct request *rq = NULL;
5163         struct bfq_queue *bfqq = NULL;
5164
5165         if (!list_empty(&bfqd->dispatch)) {
5166                 rq = list_first_entry(&bfqd->dispatch, struct request,
5167                                       queuelist);
5168                 list_del_init(&rq->queuelist);
5169
5170                 bfqq = RQ_BFQQ(rq);
5171
5172                 if (bfqq) {
5173                         /*
5174                          * Increment counters here, because this
5175                          * dispatch does not follow the standard
5176                          * dispatch flow (where counters are
5177                          * incremented)
5178                          */
5179                         bfqq->dispatched++;
5180
5181                         goto inc_in_driver_start_rq;
5182                 }
5183
5184                 /*
5185                  * We exploit the bfq_finish_requeue_request hook to
5186                  * decrement tot_rq_in_driver, but
5187                  * bfq_finish_requeue_request will not be invoked on
5188                  * this request. So, to avoid unbalance, just start
5189                  * this request, without incrementing tot_rq_in_driver. As
5190                  * a negative consequence, tot_rq_in_driver is deceptively
5191                  * lower than it should be while this request is in
5192                  * service. This may cause bfq_schedule_dispatch to be
5193                  * invoked uselessly.
5194                  *
5195                  * As for implementing an exact solution, the
5196                  * bfq_finish_requeue_request hook, if defined, is
5197                  * probably invoked also on this request. So, by
5198                  * exploiting this hook, we could 1) increment
5199                  * tot_rq_in_driver here, and 2) decrement it in
5200                  * bfq_finish_requeue_request. Such a solution would
5201                  * let the value of the counter be always accurate,
5202                  * but it would entail using an extra interface
5203                  * function. This cost seems higher than the benefit,
5204                  * being the frequency of non-elevator-private
5205                  * requests very low.
5206                  */
5207                 goto start_rq;
5208         }
5209
5210         bfq_log(bfqd, "dispatch requests: %d busy queues",
5211                 bfq_tot_busy_queues(bfqd));
5212
5213         if (bfq_tot_busy_queues(bfqd) == 0)
5214                 goto exit;
5215
5216         /*
5217          * Force device to serve one request at a time if
5218          * strict_guarantees is true. Forcing this service scheme is
5219          * currently the ONLY way to guarantee that the request
5220          * service order enforced by the scheduler is respected by a
5221          * queueing device. Otherwise the device is free even to make
5222          * some unlucky request wait for as long as the device
5223          * wishes.
5224          *
5225          * Of course, serving one request at a time may cause loss of
5226          * throughput.
5227          */
5228         if (bfqd->strict_guarantees && bfqd->tot_rq_in_driver > 0)
5229                 goto exit;
5230
5231         bfqq = bfq_select_queue(bfqd);
5232         if (!bfqq)
5233                 goto exit;
5234
5235         rq = bfq_dispatch_rq_from_bfqq(bfqd, bfqq);
5236
5237         if (rq) {
5238 inc_in_driver_start_rq:
5239                 bfqd->rq_in_driver[bfqq->actuator_idx]++;
5240                 bfqd->tot_rq_in_driver++;
5241 start_rq:
5242                 rq->rq_flags |= RQF_STARTED;
5243         }
5244 exit:
5245         return rq;
5246 }
5247
5248 #ifdef CONFIG_BFQ_CGROUP_DEBUG
5249 static void bfq_update_dispatch_stats(struct request_queue *q,
5250                                       struct request *rq,
5251                                       struct bfq_queue *in_serv_queue,
5252                                       bool idle_timer_disabled)
5253 {
5254         struct bfq_queue *bfqq = rq ? RQ_BFQQ(rq) : NULL;
5255
5256         if (!idle_timer_disabled && !bfqq)
5257                 return;
5258
5259         /*
5260          * rq and bfqq are guaranteed to exist until this function
5261          * ends, for the following reasons. First, rq can be
5262          * dispatched to the device, and then can be completed and
5263          * freed, only after this function ends. Second, rq cannot be
5264          * merged (and thus freed because of a merge) any longer,
5265          * because it has already started. Thus rq cannot be freed
5266          * before this function ends, and, since rq has a reference to
5267          * bfqq, the same guarantee holds for bfqq too.
5268          *
5269          * In addition, the following queue lock guarantees that
5270          * bfqq_group(bfqq) exists as well.
5271          */
5272         spin_lock_irq(&q->queue_lock);
5273         if (idle_timer_disabled)
5274                 /*
5275                  * Since the idle timer has been disabled,
5276                  * in_serv_queue contained some request when
5277                  * __bfq_dispatch_request was invoked above, which
5278                  * implies that rq was picked exactly from
5279                  * in_serv_queue. Thus in_serv_queue == bfqq, and is
5280                  * therefore guaranteed to exist because of the above
5281                  * arguments.
5282                  */
5283                 bfqg_stats_update_idle_time(bfqq_group(in_serv_queue));
5284         if (bfqq) {
5285                 struct bfq_group *bfqg = bfqq_group(bfqq);
5286
5287                 bfqg_stats_update_avg_queue_size(bfqg);
5288                 bfqg_stats_set_start_empty_time(bfqg);
5289                 bfqg_stats_update_io_remove(bfqg, rq->cmd_flags);
5290         }
5291         spin_unlock_irq(&q->queue_lock);
5292 }
5293 #else
5294 static inline void bfq_update_dispatch_stats(struct request_queue *q,
5295                                              struct request *rq,
5296                                              struct bfq_queue *in_serv_queue,
5297                                              bool idle_timer_disabled) {}
5298 #endif /* CONFIG_BFQ_CGROUP_DEBUG */
5299
5300 static struct request *bfq_dispatch_request(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
5301 {
5302         struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
5303         struct request *rq;
5304         struct bfq_queue *in_serv_queue;
5305         bool waiting_rq, idle_timer_disabled = false;
5306
5307         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
5308
5309         in_serv_queue = bfqd->in_service_queue;
5310         waiting_rq = in_serv_queue && bfq_bfqq_wait_request(in_serv_queue);
5311
5312         rq = __bfq_dispatch_request(hctx);
5313         if (in_serv_queue == bfqd->in_service_queue) {
5314                 idle_timer_disabled =
5315                         waiting_rq && !bfq_bfqq_wait_request(in_serv_queue);
5316         }
5317
5318         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
5319         bfq_update_dispatch_stats(hctx->queue, rq,
5320                         idle_timer_disabled ? in_serv_queue : NULL,
5321                                 idle_timer_disabled);
5322
5323         return rq;
5324 }
5325
5326 /*
5327  * Task holds one reference to the queue, dropped when task exits.  Each rq
5328  * in-flight on this queue also holds a reference, dropped when rq is freed.
5329  *
5330  * Scheduler lock must be held here. Recall not to use bfqq after calling
5331  * this function on it.
5332  */
5333 void bfq_put_queue(struct bfq_queue *bfqq)
5334 {
5335         struct bfq_queue *item;
5336         struct hlist_node *n;
5337         struct bfq_group *bfqg = bfqq_group(bfqq);
5338
5339         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "put_queue: %p %d", bfqq, bfqq->ref);
5340
5341         bfqq->ref--;
5342         if (bfqq->ref)
5343                 return;
5344
5345         if (!hlist_unhashed(&bfqq->burst_list_node)) {
5346                 hlist_del_init(&bfqq->burst_list_node);
5347                 /*
5348                  * Decrement also burst size after the removal, if the
5349                  * process associated with bfqq is exiting, and thus
5350                  * does not contribute to the burst any longer. This
5351                  * decrement helps filter out false positives of large
5352                  * bursts, when some short-lived process (often due to
5353                  * the execution of commands by some service) happens
5354                  * to start and exit while a complex application is
5355                  * starting, and thus spawning several processes that
5356                  * do I/O (and that *must not* be treated as a large
5357                  * burst, see comments on bfq_handle_burst).
5358                  *
5359                  * In particular, the decrement is performed only if:
5360                  * 1) bfqq is not a merged queue, because, if it is,
5361                  * then this free of bfqq is not triggered by the exit
5362                  * of the process bfqq is associated with, but exactly
5363                  * by the fact that bfqq has just been merged.
5364                  * 2) burst_size is greater than 0, to handle
5365                  * unbalanced decrements. Unbalanced decrements may
5366                  * happen in te following case: bfqq is inserted into
5367                  * the current burst list--without incrementing
5368                  * bust_size--because of a split, but the current
5369                  * burst list is not the burst list bfqq belonged to
5370                  * (see comments on the case of a split in
5371                  * bfq_set_request).
5372                  */
5373                 if (bfqq->bic && bfqq->bfqd->burst_size > 0)
5374                         bfqq->bfqd->burst_size--;
5375         }
5376
5377         /*
5378          * bfqq does not exist any longer, so it cannot be woken by
5379          * any other queue, and cannot wake any other queue. Then bfqq
5380          * must be removed from the woken list of its possible waker
5381          * queue, and all queues in the woken list of bfqq must stop
5382          * having a waker queue. Strictly speaking, these updates
5383          * should be performed when bfqq remains with no I/O source
5384          * attached to it, which happens before bfqq gets freed. In
5385          * particular, this happens when the last process associated
5386          * with bfqq exits or gets associated with a different
5387          * queue. However, both events lead to bfqq being freed soon,
5388          * and dangling references would come out only after bfqq gets
5389          * freed. So these updates are done here, as a simple and safe
5390          * way to handle all cases.
5391          */
5392         /* remove bfqq from woken list */
5393         if (!hlist_unhashed(&bfqq->woken_list_node))
5394                 hlist_del_init(&bfqq->woken_list_node);
5395
5396         /* reset waker for all queues in woken list */
5397         hlist_for_each_entry_safe(item, n, &bfqq->woken_list,
5398                                   woken_list_node) {
5399                 item->waker_bfqq = NULL;
5400                 hlist_del_init(&item->woken_list_node);
5401         }
5402
5403         if (bfqq->bfqd->last_completed_rq_bfqq == bfqq)
5404                 bfqq->bfqd->last_completed_rq_bfqq = NULL;
5405
5406         WARN_ON_ONCE(!list_empty(&bfqq->fifo));
5407         WARN_ON_ONCE(!RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list));
5408         WARN_ON_ONCE(bfqq->dispatched);
5409
5410         kmem_cache_free(bfq_pool, bfqq);
5411         bfqg_and_blkg_put(bfqg);
5412 }
5413
5414 static void bfq_put_stable_ref(struct bfq_queue *bfqq)
5415 {
5416         bfqq->stable_ref--;
5417         bfq_put_queue(bfqq);
5418 }
5419
5420 void bfq_put_cooperator(struct bfq_queue *bfqq)
5421 {
5422         struct bfq_queue *__bfqq, *next;
5423
5424         /*
5425          * If this queue was scheduled to merge with another queue, be
5426          * sure to drop the reference taken on that queue (and others in
5427          * the merge chain). See bfq_setup_merge and bfq_merge_bfqqs.
5428          */
5429         __bfqq = bfqq->new_bfqq;
5430         while (__bfqq) {
5431                 next = __bfqq->new_bfqq;
5432                 bfq_put_queue(__bfqq);
5433                 __bfqq = next;
5434         }
5435 }
5436
5437 static void bfq_exit_bfqq(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
5438 {
5439         if (bfqq == bfqd->in_service_queue) {
5440                 __bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, BFQQE_BUDGET_TIMEOUT);
5441                 bfq_schedule_dispatch(bfqd);
5442         }
5443
5444         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "exit_bfqq: %p, %d", bfqq, bfqq->ref);
5445
5446         bfq_put_cooperator(bfqq);
5447
5448         bfq_release_process_ref(bfqd, bfqq);
5449 }
5450
5451 static void bfq_exit_icq_bfqq(struct bfq_io_cq *bic, bool is_sync,
5452                               unsigned int actuator_idx)
5453 {
5454         struct bfq_queue *bfqq = bic_to_bfqq(bic, is_sync, actuator_idx);
5455         struct bfq_data *bfqd;
5456
5457         if (bfqq)
5458                 bfqd = bfqq->bfqd; /* NULL if scheduler already exited */
5459
5460         if (bfqq && bfqd) {
5461                 bic_set_bfqq(bic, NULL, is_sync, actuator_idx);
5462                 bfq_exit_bfqq(bfqd, bfqq);
5463         }
5464 }
5465
5466 static void bfq_exit_icq(struct io_cq *icq)
5467 {
5468         struct bfq_io_cq *bic = icq_to_bic(icq);
5469         struct bfq_data *bfqd = bic_to_bfqd(bic);
5470         unsigned long flags;
5471         unsigned int act_idx;
5472         /*
5473          * If bfqd and thus bfqd->num_actuators is not available any
5474          * longer, then cycle over all possible per-actuator bfqqs in
5475          * next loop. We rely on bic being zeroed on creation, and
5476          * therefore on its unused per-actuator fields being NULL.
5477          */
5478         unsigned int num_actuators = BFQ_MAX_ACTUATORS;
5479         struct bfq_iocq_bfqq_data *bfqq_data = bic->bfqq_data;
5480
5481         /*
5482          * bfqd is NULL if scheduler already exited, and in that case
5483          * this is the last time these queues are accessed.
5484          */
5485         if (bfqd) {
5486                 spin_lock_irqsave(&bfqd->lock, flags);
5487                 num_actuators = bfqd->num_actuators;
5488         }
5489
5490         for (act_idx = 0; act_idx < num_actuators; act_idx++) {
5491                 if (bfqq_data[act_idx].stable_merge_bfqq)
5492                         bfq_put_stable_ref(bfqq_data[act_idx].stable_merge_bfqq);
5493
5494                 bfq_exit_icq_bfqq(bic, true, act_idx);
5495                 bfq_exit_icq_bfqq(bic, false, act_idx);
5496         }
5497
5498         if (bfqd)
5499                 spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
5500 }
5501
5502 /*
5503  * Update the entity prio values; note that the new values will not
5504  * be used until the next (re)activation.
5505  */
5506 static void
5507 bfq_set_next_ioprio_data(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_io_cq *bic)
5508 {
5509         struct task_struct *tsk = current;
5510         int ioprio_class;
5511         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
5512
5513         if (!bfqd)
5514                 return;
5515
5516         ioprio_class = IOPRIO_PRIO_CLASS(bic->ioprio);
5517         switch (ioprio_class) {
5518         default:
5519                 pr_err("bdi %s: bfq: bad prio class %d\n",
5520                         bdi_dev_name(bfqq->bfqd->queue->disk->bdi),
5521                         ioprio_class);
5522                 fallthrough;
5523         case IOPRIO_CLASS_NONE:
5524                 /*
5525                  * No prio set, inherit CPU scheduling settings.
5526                  */
5527                 bfqq->new_ioprio = task_nice_ioprio(tsk);
5528                 bfqq->new_ioprio_class = task_nice_ioclass(tsk);
5529                 break;
5530         case IOPRIO_CLASS_RT:
5531                 bfqq->new_ioprio = IOPRIO_PRIO_LEVEL(bic->ioprio);
5532                 bfqq->new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_RT;
5533                 break;
5534         case IOPRIO_CLASS_BE:
5535                 bfqq->new_ioprio = IOPRIO_PRIO_LEVEL(bic->ioprio);
5536                 bfqq->new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_BE;
5537                 break;
5538         case IOPRIO_CLASS_IDLE:
5539                 bfqq->new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_IDLE;
5540                 bfqq->new_ioprio = IOPRIO_NR_LEVELS - 1;
5541                 break;
5542         }
5543
5544         if (bfqq->new_ioprio >= IOPRIO_NR_LEVELS) {
5545                 pr_crit("bfq_set_next_ioprio_data: new_ioprio %d\n",
5546                         bfqq->new_ioprio);
5547                 bfqq->new_ioprio = IOPRIO_NR_LEVELS - 1;
5548         }
5549
5550         bfqq->entity.new_weight = bfq_ioprio_to_weight(bfqq->new_ioprio);
5551         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "new_ioprio %d new_weight %d",
5552                      bfqq->new_ioprio, bfqq->entity.new_weight);
5553         bfqq->entity.prio_changed = 1;
5554 }
5555
5556 static struct bfq_queue *bfq_get_queue(struct bfq_data *bfqd,
5557                                        struct bio *bio, bool is_sync,
5558                                        struct bfq_io_cq *bic,
5559                                        bool respawn);
5560
5561 static void bfq_check_ioprio_change(struct bfq_io_cq *bic, struct bio *bio)
5562 {
5563         struct bfq_data *bfqd = bic_to_bfqd(bic);
5564         struct bfq_queue *bfqq;
5565         int ioprio = bic->icq.ioc->ioprio;
5566
5567         /*
5568          * This condition may trigger on a newly created bic, be sure to
5569          * drop the lock before returning.
5570          */
5571         if (unlikely(!bfqd) || likely(bic->ioprio == ioprio))
5572                 return;
5573
5574         bic->ioprio = ioprio;
5575
5576         bfqq = bic_to_bfqq(bic, false, bfq_actuator_index(bfqd, bio));
5577         if (bfqq) {
5578                 struct bfq_queue *old_bfqq = bfqq;
5579
5580                 bfqq = bfq_get_queue(bfqd, bio, false, bic, true);
5581                 bic_set_bfqq(bic, bfqq, false, bfq_actuator_index(bfqd, bio));
5582                 bfq_release_process_ref(bfqd, old_bfqq);
5583         }
5584
5585         bfqq = bic_to_bfqq(bic, true, bfq_actuator_index(bfqd, bio));
5586         if (bfqq)
5587                 bfq_set_next_ioprio_data(bfqq, bic);
5588 }
5589
5590 static void bfq_init_bfqq(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
5591                           struct bfq_io_cq *bic, pid_t pid, int is_sync,
5592                           unsigned int act_idx)
5593 {
5594         u64 now_ns = blk_time_get_ns();
5595
5596         bfqq->actuator_idx = act_idx;
5597         RB_CLEAR_NODE(&bfqq->entity.rb_node);
5598         INIT_LIST_HEAD(&bfqq->fifo);
5599         INIT_HLIST_NODE(&bfqq->burst_list_node);
5600         INIT_HLIST_NODE(&bfqq->woken_list_node);
5601         INIT_HLIST_HEAD(&bfqq->woken_list);
5602
5603         bfqq->ref = 0;
5604         bfqq->bfqd = bfqd;
5605
5606         if (bic)
5607                 bfq_set_next_ioprio_data(bfqq, bic);
5608
5609         if (is_sync) {
5610                 /*
5611                  * No need to mark as has_short_ttime if in
5612                  * idle_class, because no device idling is performed
5613                  * for queues in idle class
5614                  */
5615                 if (!bfq_class_idle(bfqq))
5616                         /* tentatively mark as has_short_ttime */
5617                         bfq_mark_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
5618                 bfq_mark_bfqq_sync(bfqq);
5619                 bfq_mark_bfqq_just_created(bfqq);
5620         } else
5621                 bfq_clear_bfqq_sync(bfqq);
5622
5623         /* set end request to minus infinity from now */
5624         bfqq->ttime.last_end_request = now_ns + 1;
5625
5626         bfqq->creation_time = jiffies;
5627
5628         bfqq->io_start_time = now_ns;
5629
5630         bfq_mark_bfqq_IO_bound(bfqq);
5631
5632         bfqq->pid = pid;
5633
5634         /* Tentative initial value to trade off between thr and lat */
5635         bfqq->max_budget = (2 * bfq_max_budget(bfqd)) / 3;
5636         bfqq->budget_timeout = bfq_smallest_from_now();
5637
5638         bfqq->wr_coeff = 1;
5639         bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
5640         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt = bfq_smallest_from_now();
5641         bfqq->split_time = bfq_smallest_from_now();
5642
5643         /*
5644          * To not forget the possibly high bandwidth consumed by a
5645          * process/queue in the recent past,
5646          * bfq_bfqq_softrt_next_start() returns a value at least equal
5647          * to the current value of bfqq->soft_rt_next_start (see
5648          * comments on bfq_bfqq_softrt_next_start).  Set
5649          * soft_rt_next_start to now, to mean that bfqq has consumed
5650          * no bandwidth so far.
5651          */
5652         bfqq->soft_rt_next_start = jiffies;
5653
5654         /* first request is almost certainly seeky */
5655         bfqq->seek_history = 1;
5656
5657         bfqq->decrease_time_jif = jiffies;
5658 }
5659
5660 static struct bfq_queue **bfq_async_queue_prio(struct bfq_data *bfqd,
5661                                                struct bfq_group *bfqg,
5662                                                int ioprio_class, int ioprio, int act_idx)
5663 {
5664         switch (ioprio_class) {
5665         case IOPRIO_CLASS_RT:
5666                 return &bfqg->async_bfqq[0][ioprio][act_idx];
5667         case IOPRIO_CLASS_NONE:
5668                 ioprio = IOPRIO_BE_NORM;
5669                 fallthrough;
5670         case IOPRIO_CLASS_BE:
5671                 return &bfqg->async_bfqq[1][ioprio][act_idx];
5672         case IOPRIO_CLASS_IDLE:
5673                 return &bfqg->async_idle_bfqq[act_idx];
5674         default:
5675                 return NULL;
5676         }
5677 }
5678
5679 static struct bfq_queue *
5680 bfq_do_early_stable_merge(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
5681                           struct bfq_io_cq *bic,
5682                           struct bfq_queue *last_bfqq_created)
5683 {
5684         unsigned int a_idx = last_bfqq_created->actuator_idx;
5685         struct bfq_queue *new_bfqq =
5686                 bfq_setup_merge(bfqq, last_bfqq_created);
5687
5688         if (!new_bfqq)
5689                 return bfqq;
5690
5691         if (new_bfqq->bic)
5692                 new_bfqq->bic->bfqq_data[a_idx].stably_merged = true;
5693         bic->bfqq_data[a_idx].stably_merged = true;
5694
5695         /*
5696          * Reusing merge functions. This implies that
5697          * bfqq->bic must be set too, for
5698          * bfq_merge_bfqqs to correctly save bfqq's
5699          * state before killing it.
5700          */
5701         bfqq->bic = bic;
5702         bfq_merge_bfqqs(bfqd, bic, bfqq, new_bfqq);
5703
5704         return new_bfqq;
5705 }
5706
5707 /*
5708  * Many throughput-sensitive workloads are made of several parallel
5709  * I/O flows, with all flows generated by the same application, or
5710  * more generically by the same task (e.g., system boot). The most
5711  * counterproductive action with these workloads is plugging I/O
5712  * dispatch when one of the bfq_queues associated with these flows
5713  * remains temporarily empty.
5714  *
5715  * To avoid this plugging, BFQ has been using a burst-handling
5716  * mechanism for years now. This mechanism has proven effective for
5717  * throughput, and not detrimental for service guarantees. The
5718  * following function pushes this mechanism a little bit further,
5719  * basing on the following two facts.
5720  *
5721  * First, all the I/O flows of a the same application or task
5722  * contribute to the execution/completion of that common application
5723  * or task. So the performance figures that matter are total
5724  * throughput of the flows and task-wide I/O latency.  In particular,
5725  * these flows do not need to be protected from each other, in terms
5726  * of individual bandwidth or latency.
5727  *
5728  * Second, the above fact holds regardless of the number of flows.
5729  *
5730  * Putting these two facts together, this commits merges stably the
5731  * bfq_queues associated with these I/O flows, i.e., with the
5732  * processes that generate these IO/ flows, regardless of how many the
5733  * involved processes are.
5734  *
5735  * To decide whether a set of bfq_queues is actually associated with
5736  * the I/O flows of a common application or task, and to merge these
5737  * queues stably, this function operates as follows: given a bfq_queue,
5738  * say Q2, currently being created, and the last bfq_queue, say Q1,
5739  * created before Q2, Q2 is merged stably with Q1 if
5740  * - very little time has elapsed since when Q1 was created
5741  * - Q2 has the same ioprio as Q1
5742  * - Q2 belongs to the same group as Q1
5743  *
5744  * Merging bfq_queues also reduces scheduling overhead. A fio test
5745  * with ten random readers on /dev/nullb shows a throughput boost of
5746  * 40%, with a quadcore. Since BFQ's execution time amounts to ~50% of
5747  * the total per-request processing time, the above throughput boost
5748  * implies that BFQ's overhead is reduced by more than 50%.
5749  *
5750  * This new mechanism most certainly obsoletes the current
5751  * burst-handling heuristics. We keep those heuristics for the moment.
5752  */
5753 static struct bfq_queue *bfq_do_or_sched_stable_merge(struct bfq_data *bfqd,
5754                                                       struct bfq_queue *bfqq,
5755                                                       struct bfq_io_cq *bic)
5756 {
5757         struct bfq_queue **source_bfqq = bfqq->entity.parent ?
5758                 &bfqq->entity.parent->last_bfqq_created :
5759                 &bfqd->last_bfqq_created;
5760
5761         struct bfq_queue *last_bfqq_created = *source_bfqq;
5762
5763         /*
5764          * If last_bfqq_created has not been set yet, then init it. If
5765          * it has been set already, but too long ago, then move it
5766          * forward to bfqq. Finally, move also if bfqq belongs to a
5767          * different group than last_bfqq_created, or if bfqq has a
5768          * different ioprio, ioprio_class or actuator_idx. If none of
5769          * these conditions holds true, then try an early stable merge
5770          * or schedule a delayed stable merge. As for the condition on
5771          * actuator_idx, the reason is that, if queues associated with
5772          * different actuators are merged, then control is lost on
5773          * each actuator. Therefore some actuator may be
5774          * underutilized, and throughput may decrease.
5775          *
5776          * A delayed merge is scheduled (instead of performing an
5777          * early merge), in case bfqq might soon prove to be more
5778          * throughput-beneficial if not merged. Currently this is
5779          * possible only if bfqd is rotational with no queueing. For
5780          * such a drive, not merging bfqq is better for throughput if
5781          * bfqq happens to contain sequential I/O. So, we wait a
5782          * little bit for enough I/O to flow through bfqq. After that,
5783          * if such an I/O is sequential, then the merge is
5784          * canceled. Otherwise the merge is finally performed.
5785          */
5786         if (!last_bfqq_created ||
5787             time_before(last_bfqq_created->creation_time +
5788                         msecs_to_jiffies(bfq_activation_stable_merging),
5789                         bfqq->creation_time) ||
5790                 bfqq->entity.parent != last_bfqq_created->entity.parent ||
5791                 bfqq->ioprio != last_bfqq_created->ioprio ||
5792                 bfqq->ioprio_class != last_bfqq_created->ioprio_class ||
5793                 bfqq->actuator_idx != last_bfqq_created->actuator_idx)
5794                 *source_bfqq = bfqq;
5795         else if (time_after_eq(last_bfqq_created->creation_time +
5796                                  bfqd->bfq_burst_interval,
5797                                  bfqq->creation_time)) {
5798                 if (likely(bfqd->nonrot_with_queueing))
5799                         /*
5800                          * With this type of drive, leaving
5801                          * bfqq alone may provide no
5802                          * throughput benefits compared with
5803                          * merging bfqq. So merge bfqq now.
5804                          */
5805                         bfqq = bfq_do_early_stable_merge(bfqd, bfqq,
5806                                                          bic,
5807                                                          last_bfqq_created);
5808                 else { /* schedule tentative stable merge */
5809                         /*
5810                          * get reference on last_bfqq_created,
5811                          * to prevent it from being freed,
5812                          * until we decide whether to merge
5813                          */
5814                         last_bfqq_created->ref++;
5815                         /*
5816                          * need to keep track of stable refs, to
5817                          * compute process refs correctly
5818                          */
5819                         last_bfqq_created->stable_ref++;
5820                         /*
5821                          * Record the bfqq to merge to.
5822                          */
5823                         bic->bfqq_data[last_bfqq_created->actuator_idx].stable_merge_bfqq =
5824                                 last_bfqq_created;
5825                 }
5826         }
5827
5828         return bfqq;
5829 }
5830
5831
5832 static struct bfq_queue *bfq_get_queue(struct bfq_data *bfqd,
5833                                        struct bio *bio, bool is_sync,
5834                                        struct bfq_io_cq *bic,
5835                                        bool respawn)
5836 {
5837         const int ioprio = IOPRIO_PRIO_LEVEL(bic->ioprio);
5838         const int ioprio_class = IOPRIO_PRIO_CLASS(bic->ioprio);
5839         struct bfq_queue **async_bfqq = NULL;
5840         struct bfq_queue *bfqq;
5841         struct bfq_group *bfqg;
5842
5843         bfqg = bfq_bio_bfqg(bfqd, bio);
5844         if (!is_sync) {
5845                 async_bfqq = bfq_async_queue_prio(bfqd, bfqg, ioprio_class,
5846                                                   ioprio,
5847                                                   bfq_actuator_index(bfqd, bio));
5848                 bfqq = *async_bfqq;
5849                 if (bfqq)
5850                         goto out;
5851         }
5852
5853         bfqq = kmem_cache_alloc_node(bfq_pool,
5854                                      GFP_NOWAIT | __GFP_ZERO | __GFP_NOWARN,
5855                                      bfqd->queue->node);
5856
5857         if (bfqq) {
5858                 bfq_init_bfqq(bfqd, bfqq, bic, current->pid,
5859                               is_sync, bfq_actuator_index(bfqd, bio));
5860                 bfq_init_entity(&bfqq->entity, bfqg);
5861                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "allocated");
5862         } else {
5863                 bfqq = &bfqd->oom_bfqq;
5864                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "using oom bfqq");
5865                 goto out;
5866         }
5867
5868         /*
5869          * Pin the queue now that it's allocated, scheduler exit will
5870          * prune it.
5871          */
5872         if (async_bfqq) {
5873                 bfqq->ref++; /*
5874                               * Extra group reference, w.r.t. sync
5875                               * queue. This extra reference is removed
5876                               * only if bfqq->bfqg disappears, to
5877                               * guarantee that this queue is not freed
5878                               * until its group goes away.
5879                               */
5880                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "get_queue, bfqq not in async: %p, %d",
5881                              bfqq, bfqq->ref);
5882                 *async_bfqq = bfqq;
5883         }
5884
5885 out:
5886         bfqq->ref++; /* get a process reference to this queue */
5887
5888         if (bfqq != &bfqd->oom_bfqq && is_sync && !respawn)
5889                 bfqq = bfq_do_or_sched_stable_merge(bfqd, bfqq, bic);
5890         return bfqq;
5891 }
5892
5893 static void bfq_update_io_thinktime(struct bfq_data *bfqd,
5894                                     struct bfq_queue *bfqq)
5895 {
5896         struct bfq_ttime *ttime = &bfqq->ttime;
5897         u64 elapsed;
5898
5899         /*
5900          * We are really interested in how long it takes for the queue to
5901          * become busy when there is no outstanding IO for this queue. So
5902          * ignore cases when the bfq queue has already IO queued.
5903          */
5904         if (bfqq->dispatched || bfq_bfqq_busy(bfqq))
5905                 return;
5906         elapsed = blk_time_get_ns() - bfqq->ttime.last_end_request;
5907         elapsed = min_t(u64, elapsed, 2ULL * bfqd->bfq_slice_idle);
5908
5909         ttime->ttime_samples = (7*ttime->ttime_samples + 256) / 8;
5910         ttime->ttime_total = div_u64(7*ttime->ttime_total + 256*elapsed,  8);
5911         ttime->ttime_mean = div64_ul(ttime->ttime_total + 128,
5912                                      ttime->ttime_samples);
5913 }
5914
5915 static void
5916 bfq_update_io_seektime(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
5917                        struct request *rq)
5918 {
5919         bfqq->seek_history <<= 1;
5920         bfqq->seek_history |= BFQ_RQ_SEEKY(bfqd, bfqq->last_request_pos, rq);
5921
5922         if (bfqq->wr_coeff > 1 &&
5923             bfqq->wr_cur_max_time == bfqd->bfq_wr_rt_max_time &&
5924             BFQQ_TOTALLY_SEEKY(bfqq)) {
5925                 if (time_is_before_jiffies(bfqq->wr_start_at_switch_to_srt +
5926                                            bfq_wr_duration(bfqd))) {
5927                         /*
5928                          * In soft_rt weight raising with the
5929                          * interactive-weight-raising period
5930                          * elapsed (so no switch back to
5931                          * interactive weight raising).
5932                          */
5933                         bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
5934                 } else { /*
5935                           * stopping soft_rt weight raising
5936                           * while still in interactive period,
5937                           * switch back to interactive weight
5938                           * raising
5939                           */
5940                         switch_back_to_interactive_wr(bfqq, bfqd);
5941                         bfqq->entity.prio_changed = 1;
5942                 }
5943         }
5944 }
5945
5946 static void bfq_update_has_short_ttime(struct bfq_data *bfqd,
5947                                        struct bfq_queue *bfqq,
5948                                        struct bfq_io_cq *bic)
5949 {
5950         bool has_short_ttime = true, state_changed;
5951
5952         /*
5953          * No need to update has_short_ttime if bfqq is async or in
5954          * idle io prio class, or if bfq_slice_idle is zero, because
5955          * no device idling is performed for bfqq in this case.
5956          */
5957         if (!bfq_bfqq_sync(bfqq) || bfq_class_idle(bfqq) ||
5958             bfqd->bfq_slice_idle == 0)
5959                 return;
5960
5961         /* Idle window just restored, statistics are meaningless. */
5962         if (time_is_after_eq_jiffies(bfqq->split_time +
5963                                      bfqd->bfq_wr_min_idle_time))
5964                 return;
5965
5966         /* Think time is infinite if no process is linked to
5967          * bfqq. Otherwise check average think time to decide whether
5968          * to mark as has_short_ttime. To this goal, compare average
5969          * think time with half the I/O-plugging timeout.
5970          */
5971         if (atomic_read(&bic->icq.ioc->active_ref) == 0 ||
5972             (bfq_sample_valid(bfqq->ttime.ttime_samples) &&
5973              bfqq->ttime.ttime_mean > bfqd->bfq_slice_idle>>1))
5974                 has_short_ttime = false;
5975
5976         state_changed = has_short_ttime != bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
5977
5978         if (has_short_ttime)
5979                 bfq_mark_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
5980         else
5981                 bfq_clear_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
5982
5983         /*
5984          * Until the base value for the total service time gets
5985          * finally computed for bfqq, the inject limit does depend on
5986          * the think-time state (short|long). In particular, the limit
5987          * is 0 or 1 if the think time is deemed, respectively, as
5988          * short or long (details in the comments in
5989          * bfq_update_inject_limit()). Accordingly, the next
5990          * instructions reset the inject limit if the think-time state
5991          * has changed and the above base value is still to be
5992          * computed.
5993          *
5994          * However, the reset is performed only if more than 100 ms
5995          * have elapsed since the last update of the inject limit, or
5996          * (inclusive) if the change is from short to long think
5997          * time. The reason for this waiting is as follows.
5998          *
5999          * bfqq may have a long think time because of a
6000          * synchronization with some other queue, i.e., because the
6001          * I/O of some other queue may need to be completed for bfqq
6002          * to receive new I/O. Details in the comments on the choice
6003          * of the queue for injection in bfq_select_queue().
6004          *
6005          * As stressed in those comments, if such a synchronization is
6006          * actually in place, then, without injection on bfqq, the
6007          * blocking I/O cannot happen to served while bfqq is in
6008          * service. As a consequence, if bfqq is granted
6009          * I/O-dispatch-plugging, then bfqq remains empty, and no I/O
6010          * is dispatched, until the idle timeout fires. This is likely
6011          * to result in lower bandwidth and higher latencies for bfqq,
6012          * and in a severe loss of total throughput.
6013          *
6014          * On the opposite end, a non-zero inject limit may allow the
6015          * I/O that blocks bfqq to be executed soon, and therefore
6016          * bfqq to receive new I/O soon.
6017          *
6018          * But, if the blocking gets actually eliminated, then the
6019          * next think-time sample for bfqq may be very low. This in
6020          * turn may cause bfqq's think time to be deemed
6021          * short. Without the 100 ms barrier, this new state change
6022          * would cause the body of the next if to be executed
6023          * immediately. But this would set to 0 the inject
6024          * limit. Without injection, the blocking I/O would cause the
6025          * think time of bfqq to become long again, and therefore the
6026          * inject limit to be raised again, and so on. The only effect
6027          * of such a steady oscillation between the two think-time
6028          * states would be to prevent effective injection on bfqq.
6029          *
6030          * In contrast, if the inject limit is not reset during such a
6031          * long time interval as 100 ms, then the number of short
6032          * think time samples can grow significantly before the reset
6033          * is performed. As a consequence, the think time state can
6034          * become stable before the reset. Therefore there will be no
6035          * state change when the 100 ms elapse, and no reset of the
6036          * inject limit. The inject limit remains steadily equal to 1
6037          * both during and after the 100 ms. So injection can be
6038          * performed at all times, and throughput gets boosted.
6039          *
6040          * An inject limit equal to 1 is however in conflict, in
6041          * general, with the fact that the think time of bfqq is
6042          * short, because injection may be likely to delay bfqq's I/O
6043          * (as explained in the comments in
6044          * bfq_update_inject_limit()). But this does not happen in
6045          * this special case, because bfqq's low think time is due to
6046          * an effective handling of a synchronization, through
6047          * injection. In this special case, bfqq's I/O does not get
6048          * delayed by injection; on the contrary, bfqq's I/O is
6049          * brought forward, because it is not blocked for
6050          * milliseconds.
6051          *
6052          * In addition, serving the blocking I/O much sooner, and much
6053          * more frequently than once per I/O-plugging timeout, makes
6054          * it much quicker to detect a waker queue (the concept of
6055          * waker queue is defined in the comments in
6056          * bfq_add_request()). This makes it possible to start sooner
6057          * to boost throughput more effectively, by injecting the I/O
6058          * of the waker queue unconditionally on every
6059          * bfq_dispatch_request().
6060          *
6061          * One last, important benefit of not resetting the inject
6062          * limit before 100 ms is that, during this time interval, the
6063          * base value for the total service time is likely to get
6064          * finally computed for bfqq, freeing the inject limit from
6065          * its relation with the think time.
6066          */
6067         if (state_changed && bfqq->last_serv_time_ns == 0 &&
6068             (time_is_before_eq_jiffies(bfqq->decrease_time_jif +
6069                                       msecs_to_jiffies(100)) ||
6070              !has_short_ttime))
6071                 bfq_reset_inject_limit(bfqd, bfqq);
6072 }
6073
6074 /*
6075  * Called when a new fs request (rq) is added to bfqq.  Check if there's
6076  * something we should do about it.
6077  */
6078 static void bfq_rq_enqueued(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
6079                             struct request *rq)
6080 {
6081         if (rq->cmd_flags & REQ_META)
6082                 bfqq->meta_pending++;
6083
6084         bfqq->last_request_pos = blk_rq_pos(rq) + blk_rq_sectors(rq);
6085
6086         if (bfqq == bfqd->in_service_queue && bfq_bfqq_wait_request(bfqq)) {
6087                 bool small_req = bfqq->queued[rq_is_sync(rq)] == 1 &&
6088                                  blk_rq_sectors(rq) < 32;
6089                 bool budget_timeout = bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq);
6090
6091                 /*
6092                  * There is just this request queued: if
6093                  * - the request is small, and
6094                  * - we are idling to boost throughput, and
6095                  * - the queue is not to be expired,
6096                  * then just exit.
6097                  *
6098                  * In this way, if the device is being idled to wait
6099                  * for a new request from the in-service queue, we
6100                  * avoid unplugging the device and committing the
6101                  * device to serve just a small request. In contrast
6102                  * we wait for the block layer to decide when to
6103                  * unplug the device: hopefully, new requests will be
6104                  * merged to this one quickly, then the device will be
6105                  * unplugged and larger requests will be dispatched.
6106                  */
6107                 if (small_req && idling_boosts_thr_without_issues(bfqd, bfqq) &&
6108                     !budget_timeout)
6109                         return;
6110
6111                 /*
6112                  * A large enough request arrived, or idling is being
6113                  * performed to preserve service guarantees, or
6114                  * finally the queue is to be expired: in all these
6115                  * cases disk idling is to be stopped, so clear
6116                  * wait_request flag and reset timer.
6117                  */
6118                 bfq_clear_bfqq_wait_request(bfqq);
6119                 hrtimer_try_to_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
6120
6121                 /*
6122                  * The queue is not empty, because a new request just
6123                  * arrived. Hence we can safely expire the queue, in
6124                  * case of budget timeout, without risking that the
6125                  * timestamps of the queue are not updated correctly.
6126                  * See [1] for more details.
6127                  */
6128                 if (budget_timeout)
6129                         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false,
6130                                         BFQQE_BUDGET_TIMEOUT);
6131         }
6132 }
6133
6134 static void bfqq_request_allocated(struct bfq_queue *bfqq)
6135 {
6136         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
6137
6138         for_each_entity(entity)
6139                 entity->allocated++;
6140 }
6141
6142 static void bfqq_request_freed(struct bfq_queue *bfqq)
6143 {
6144         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
6145
6146         for_each_entity(entity)
6147                 entity->allocated--;
6148 }
6149
6150 /* returns true if it causes the idle timer to be disabled */
6151 static bool __bfq_insert_request(struct bfq_data *bfqd, struct request *rq)
6152 {
6153         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq),
6154                 *new_bfqq = bfq_setup_cooperator(bfqd, bfqq, rq, true,
6155                                                  RQ_BIC(rq));
6156         bool waiting, idle_timer_disabled = false;
6157
6158         if (new_bfqq) {
6159                 /*
6160                  * Release the request's reference to the old bfqq
6161                  * and make sure one is taken to the shared queue.
6162                  */
6163                 bfqq_request_allocated(new_bfqq);
6164                 bfqq_request_freed(bfqq);
6165                 new_bfqq->ref++;
6166                 /*
6167                  * If the bic associated with the process
6168                  * issuing this request still points to bfqq
6169                  * (and thus has not been already redirected
6170                  * to new_bfqq or even some other bfq_queue),
6171                  * then complete the merge and redirect it to
6172                  * new_bfqq.
6173                  */
6174                 if (bic_to_bfqq(RQ_BIC(rq), true,
6175                                 bfq_actuator_index(bfqd, rq->bio)) == bfqq)
6176                         bfq_merge_bfqqs(bfqd, RQ_BIC(rq),
6177                                         bfqq, new_bfqq);
6178
6179                 bfq_clear_bfqq_just_created(bfqq);
6180                 /*
6181                  * rq is about to be enqueued into new_bfqq,
6182                  * release rq reference on bfqq
6183                  */
6184                 bfq_put_queue(bfqq);
6185                 rq->elv.priv[1] = new_bfqq;
6186                 bfqq = new_bfqq;
6187         }
6188
6189         bfq_update_io_thinktime(bfqd, bfqq);
6190         bfq_update_has_short_ttime(bfqd, bfqq, RQ_BIC(rq));
6191         bfq_update_io_seektime(bfqd, bfqq, rq);
6192
6193         waiting = bfqq && bfq_bfqq_wait_request(bfqq);
6194         bfq_add_request(rq);
6195         idle_timer_disabled = waiting && !bfq_bfqq_wait_request(bfqq);
6196
6197         rq->fifo_time = blk_time_get_ns() + bfqd->bfq_fifo_expire[rq_is_sync(rq)];
6198         list_add_tail(&rq->queuelist, &bfqq->fifo);
6199
6200         bfq_rq_enqueued(bfqd, bfqq, rq);
6201
6202         return idle_timer_disabled;
6203 }
6204
6205 #ifdef CONFIG_BFQ_CGROUP_DEBUG
6206 static void bfq_update_insert_stats(struct request_queue *q,
6207                                     struct bfq_queue *bfqq,
6208                                     bool idle_timer_disabled,
6209                                     blk_opf_t cmd_flags)
6210 {
6211         if (!bfqq)
6212                 return;
6213
6214         /*
6215          * bfqq still exists, because it can disappear only after
6216          * either it is merged with another queue, or the process it
6217          * is associated with exits. But both actions must be taken by
6218          * the same process currently executing this flow of
6219          * instructions.
6220          *
6221          * In addition, the following queue lock guarantees that
6222          * bfqq_group(bfqq) exists as well.
6223          */
6224         spin_lock_irq(&q->queue_lock);
6225         bfqg_stats_update_io_add(bfqq_group(bfqq), bfqq, cmd_flags);
6226         if (idle_timer_disabled)
6227                 bfqg_stats_update_idle_time(bfqq_group(bfqq));
6228         spin_unlock_irq(&q->queue_lock);
6229 }
6230 #else
6231 static inline void bfq_update_insert_stats(struct request_queue *q,
6232                                            struct bfq_queue *bfqq,
6233                                            bool idle_timer_disabled,
6234                                            blk_opf_t cmd_flags) {}
6235 #endif /* CONFIG_BFQ_CGROUP_DEBUG */
6236
6237 static struct bfq_queue *bfq_init_rq(struct request *rq);
6238
6239 static void bfq_insert_request(struct blk_mq_hw_ctx *hctx, struct request *rq,
6240                                blk_insert_t flags)
6241 {
6242         struct request_queue *q = hctx->queue;
6243         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
6244         struct bfq_queue *bfqq;
6245         bool idle_timer_disabled = false;
6246         blk_opf_t cmd_flags;
6247         LIST_HEAD(free);
6248
6249 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
6250         if (!cgroup_subsys_on_dfl(io_cgrp_subsys) && rq->bio)
6251                 bfqg_stats_update_legacy_io(q, rq);
6252 #endif
6253         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
6254         bfqq = bfq_init_rq(rq);
6255         if (blk_mq_sched_try_insert_merge(q, rq, &free)) {
6256                 spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
6257                 blk_mq_free_requests(&free);
6258                 return;
6259         }
6260
6261         trace_block_rq_insert(rq);
6262
6263         if (flags & BLK_MQ_INSERT_AT_HEAD) {
6264                 list_add(&rq->queuelist, &bfqd->dispatch);
6265         } else if (!bfqq) {
6266                 list_add_tail(&rq->queuelist, &bfqd->dispatch);
6267         } else {
6268                 idle_timer_disabled = __bfq_insert_request(bfqd, rq);
6269                 /*
6270                  * Update bfqq, because, if a queue merge has occurred
6271                  * in __bfq_insert_request, then rq has been
6272                  * redirected into a new queue.
6273                  */
6274                 bfqq = RQ_BFQQ(rq);
6275
6276                 if (rq_mergeable(rq)) {
6277                         elv_rqhash_add(q, rq);
6278                         if (!q->last_merge)
6279                                 q->last_merge = rq;
6280                 }
6281         }
6282
6283         /*
6284          * Cache cmd_flags before releasing scheduler lock, because rq
6285          * may disappear afterwards (for example, because of a request
6286          * merge).
6287          */
6288         cmd_flags = rq->cmd_flags;
6289         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
6290
6291         bfq_update_insert_stats(q, bfqq, idle_timer_disabled,
6292                                 cmd_flags);
6293 }
6294
6295 static void bfq_insert_requests(struct blk_mq_hw_ctx *hctx,
6296                                 struct list_head *list,
6297                                 blk_insert_t flags)
6298 {
6299         while (!list_empty(list)) {
6300                 struct request *rq;
6301
6302                 rq = list_first_entry(list, struct request, queuelist);
6303                 list_del_init(&rq->queuelist);
6304                 bfq_insert_request(hctx, rq, flags);
6305         }
6306 }
6307
6308 static void bfq_update_hw_tag(struct bfq_data *bfqd)
6309 {
6310         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->in_service_queue;
6311
6312         bfqd->max_rq_in_driver = max_t(int, bfqd->max_rq_in_driver,
6313                                        bfqd->tot_rq_in_driver);
6314
6315         if (bfqd->hw_tag == 1)
6316                 return;
6317
6318         /*
6319          * This sample is valid if the number of outstanding requests
6320          * is large enough to allow a queueing behavior.  Note that the
6321          * sum is not exact, as it's not taking into account deactivated
6322          * requests.
6323          */
6324         if (bfqd->tot_rq_in_driver + bfqd->queued <= BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD)
6325                 return;
6326
6327         /*
6328          * If active queue hasn't enough requests and can idle, bfq might not
6329          * dispatch sufficient requests to hardware. Don't zero hw_tag in this
6330          * case
6331          */
6332         if (bfqq && bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq) &&
6333             bfqq->dispatched + bfqq->queued[0] + bfqq->queued[1] <
6334             BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD &&
6335             bfqd->tot_rq_in_driver < BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD)
6336                 return;
6337
6338         if (bfqd->hw_tag_samples++ < BFQ_HW_QUEUE_SAMPLES)
6339                 return;
6340
6341         bfqd->hw_tag = bfqd->max_rq_in_driver > BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD;
6342         bfqd->max_rq_in_driver = 0;
6343         bfqd->hw_tag_samples = 0;
6344
6345         bfqd->nonrot_with_queueing =
6346                 blk_queue_nonrot(bfqd->queue) && bfqd->hw_tag;
6347 }
6348
6349 static void bfq_completed_request(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_data *bfqd)
6350 {
6351         u64 now_ns;
6352         u32 delta_us;
6353
6354         bfq_update_hw_tag(bfqd);
6355
6356         bfqd->rq_in_driver[bfqq->actuator_idx]--;
6357         bfqd->tot_rq_in_driver--;
6358         bfqq->dispatched--;
6359
6360         if (!bfqq->dispatched && !bfq_bfqq_busy(bfqq)) {
6361                 /*
6362                  * Set budget_timeout (which we overload to store the
6363                  * time at which the queue remains with no backlog and
6364                  * no outstanding request; used by the weight-raising
6365                  * mechanism).
6366                  */
6367                 bfqq->budget_timeout = jiffies;
6368
6369                 bfq_del_bfqq_in_groups_with_pending_reqs(bfqq);
6370                 bfq_weights_tree_remove(bfqq);
6371         }
6372
6373         now_ns = blk_time_get_ns();
6374
6375         bfqq->ttime.last_end_request = now_ns;
6376
6377         /*
6378          * Using us instead of ns, to get a reasonable precision in
6379          * computing rate in next check.
6380          */
6381         delta_us = div_u64(now_ns - bfqd->last_completion, NSEC_PER_USEC);
6382
6383         /*
6384          * If the request took rather long to complete, and, according
6385          * to the maximum request size recorded, this completion latency
6386          * implies that the request was certainly served at a very low
6387          * rate (less than 1M sectors/sec), then the whole observation
6388          * interval that lasts up to this time instant cannot be a
6389          * valid time interval for computing a new peak rate.  Invoke
6390          * bfq_update_rate_reset to have the following three steps
6391          * taken:
6392          * - close the observation interval at the last (previous)
6393          *   request dispatch or completion
6394          * - compute rate, if possible, for that observation interval
6395          * - reset to zero samples, which will trigger a proper
6396          *   re-initialization of the observation interval on next
6397          *   dispatch
6398          */
6399         if (delta_us > BFQ_MIN_TT/NSEC_PER_USEC &&
6400            (bfqd->last_rq_max_size<<BFQ_RATE_SHIFT)/delta_us <
6401                         1UL<<(BFQ_RATE_SHIFT - 10))
6402                 bfq_update_rate_reset(bfqd, NULL);
6403         bfqd->last_completion = now_ns;
6404         /*
6405          * Shared queues are likely to receive I/O at a high
6406          * rate. This may deceptively let them be considered as wakers
6407          * of other queues. But a false waker will unjustly steal
6408          * bandwidth to its supposedly woken queue. So considering
6409          * also shared queues in the waking mechanism may cause more
6410          * control troubles than throughput benefits. Then reset
6411          * last_completed_rq_bfqq if bfqq is a shared queue.
6412          */
6413         if (!bfq_bfqq_coop(bfqq))
6414                 bfqd->last_completed_rq_bfqq = bfqq;
6415         else
6416                 bfqd->last_completed_rq_bfqq = NULL;
6417
6418         /*
6419          * If we are waiting to discover whether the request pattern
6420          * of the task associated with the queue is actually
6421          * isochronous, and both requisites for this condition to hold
6422          * are now satisfied, then compute soft_rt_next_start (see the
6423          * comments on the function bfq_bfqq_softrt_next_start()). We
6424          * do not compute soft_rt_next_start if bfqq is in interactive
6425          * weight raising (see the comments in bfq_bfqq_expire() for
6426          * an explanation). We schedule this delayed update when bfqq
6427          * expires, if it still has in-flight requests.
6428          */
6429         if (bfq_bfqq_softrt_update(bfqq) && bfqq->dispatched == 0 &&
6430             RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) &&
6431             bfqq->wr_coeff != bfqd->bfq_wr_coeff)
6432                 bfqq->soft_rt_next_start =
6433                         bfq_bfqq_softrt_next_start(bfqd, bfqq);
6434
6435         /*
6436          * If this is the in-service queue, check if it needs to be expired,
6437          * or if we want to idle in case it has no pending requests.
6438          */
6439         if (bfqd->in_service_queue == bfqq) {
6440                 if (bfq_bfqq_must_idle(bfqq)) {
6441                         if (bfqq->dispatched == 0)
6442                                 bfq_arm_slice_timer(bfqd);
6443                         /*
6444                          * If we get here, we do not expire bfqq, even
6445                          * if bfqq was in budget timeout or had no
6446                          * more requests (as controlled in the next
6447                          * conditional instructions). The reason for
6448                          * not expiring bfqq is as follows.
6449                          *
6450                          * Here bfqq->dispatched > 0 holds, but
6451                          * bfq_bfqq_must_idle() returned true. This
6452                          * implies that, even if no request arrives
6453                          * for bfqq before bfqq->dispatched reaches 0,
6454                          * bfqq will, however, not be expired on the
6455                          * completion event that causes bfqq->dispatch
6456                          * to reach zero. In contrast, on this event,
6457                          * bfqq will start enjoying device idling
6458                          * (I/O-dispatch plugging).
6459                          *
6460                          * But, if we expired bfqq here, bfqq would
6461                          * not have the chance to enjoy device idling
6462                          * when bfqq->dispatched finally reaches
6463                          * zero. This would expose bfqq to violation
6464                          * of its reserved service guarantees.
6465                          */
6466                         return;
6467                 } else if (bfq_may_expire_for_budg_timeout(bfqq))
6468                         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false,
6469                                         BFQQE_BUDGET_TIMEOUT);
6470                 else if (RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) &&
6471                          (bfqq->dispatched == 0 ||
6472                           !bfq_better_to_idle(bfqq)))
6473                         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false,
6474                                         BFQQE_NO_MORE_REQUESTS);
6475         }
6476
6477         if (!bfqd->tot_rq_in_driver)
6478                 bfq_schedule_dispatch(bfqd);
6479 }
6480
6481 /*
6482  * The processes associated with bfqq may happen to generate their
6483  * cumulative I/O at a lower rate than the rate at which the device
6484  * could serve the same I/O. This is rather probable, e.g., if only
6485  * one process is associated with bfqq and the device is an SSD. It
6486  * results in bfqq becoming often empty while in service. In this
6487  * respect, if BFQ is allowed to switch to another queue when bfqq
6488  * remains empty, then the device goes on being fed with I/O requests,
6489  * and the throughput is not affected. In contrast, if BFQ is not
6490  * allowed to switch to another queue---because bfqq is sync and
6491  * I/O-dispatch needs to be plugged while bfqq is temporarily
6492  * empty---then, during the service of bfqq, there will be frequent
6493  * "service holes", i.e., time intervals during which bfqq gets empty
6494  * and the device can only consume the I/O already queued in its
6495  * hardware queues. During service holes, the device may even get to
6496  * remaining idle. In the end, during the service of bfqq, the device
6497  * is driven at a lower speed than the one it can reach with the kind
6498  * of I/O flowing through bfqq.
6499  *
6500  * To counter this loss of throughput, BFQ implements a "request
6501  * injection mechanism", which tries to fill the above service holes
6502  * with I/O requests taken from other queues. The hard part in this
6503  * mechanism is finding the right amount of I/O to inject, so as to
6504  * both boost throughput and not break bfqq's bandwidth and latency
6505  * guarantees. In this respect, the mechanism maintains a per-queue
6506  * inject limit, computed as below. While bfqq is empty, the injection
6507  * mechanism dispatches extra I/O requests only until the total number
6508  * of I/O requests in flight---i.e., already dispatched but not yet
6509  * completed---remains lower than this limit.
6510  *
6511  * A first definition comes in handy to introduce the algorithm by
6512  * which the inject limit is computed.  We define as first request for
6513  * bfqq, an I/O request for bfqq that arrives while bfqq is in
6514  * service, and causes bfqq to switch from empty to non-empty. The
6515  * algorithm updates the limit as a function of the effect of
6516  * injection on the service times of only the first requests of
6517  * bfqq. The reason for this restriction is that these are the
6518  * requests whose service time is affected most, because they are the
6519  * first to arrive after injection possibly occurred.
6520  *
6521  * To evaluate the effect of injection, the algorithm measures the
6522  * "total service time" of first requests. We define as total service
6523  * time of an I/O request, the time that elapses since when the
6524  * request is enqueued into bfqq, to when it is completed. This
6525  * quantity allows the whole effect of injection to be measured. It is
6526  * easy to see why. Suppose that some requests of other queues are
6527  * actually injected while bfqq is empty, and that a new request R
6528  * then arrives for bfqq. If the device does start to serve all or
6529  * part of the injected requests during the service hole, then,
6530  * because of this extra service, it may delay the next invocation of
6531  * the dispatch hook of BFQ. Then, even after R gets eventually
6532  * dispatched, the device may delay the actual service of R if it is
6533  * still busy serving the extra requests, or if it decides to serve,
6534  * before R, some extra request still present in its queues. As a
6535  * conclusion, the cumulative extra delay caused by injection can be
6536  * easily evaluated by just comparing the total service time of first
6537  * requests with and without injection.
6538  *
6539  * The limit-update algorithm works as follows. On the arrival of a
6540  * first request of bfqq, the algorithm measures the total time of the
6541  * request only if one of the three cases below holds, and, for each
6542  * case, it updates the limit as described below:
6543  *
6544  * (1) If there is no in-flight request. This gives a baseline for the
6545  *     total service time of the requests of bfqq. If the baseline has
6546  *     not been computed yet, then, after computing it, the limit is
6547  *     set to 1, to start boosting throughput, and to prepare the
6548  *     ground for the next case. If the baseline has already been
6549  *     computed, then it is updated, in case it results to be lower
6550  *     than the previous value.
6551  *
6552  * (2) If the limit is higher than 0 and there are in-flight
6553  *     requests. By comparing the total service time in this case with
6554  *     the above baseline, it is possible to know at which extent the
6555  *     current value of the limit is inflating the total service
6556  *     time. If the inflation is below a certain threshold, then bfqq
6557  *     is assumed to be suffering from no perceivable loss of its
6558  *     service guarantees, and the limit is even tentatively
6559  *     increased. If the inflation is above the threshold, then the
6560  *     limit is decreased. Due to the lack of any hysteresis, this
6561  *     logic makes the limit oscillate even in steady workload
6562  *     conditions. Yet we opted for it, because it is fast in reaching
6563  *     the best value for the limit, as a function of the current I/O
6564  *     workload. To reduce oscillations, this step is disabled for a
6565  *     short time interval after the limit happens to be decreased.
6566  *
6567  * (3) Periodically, after resetting the limit, to make sure that the
6568  *     limit eventually drops in case the workload changes. This is
6569  *     needed because, after the limit has gone safely up for a
6570  *     certain workload, it is impossible to guess whether the
6571  *     baseline total service time may have changed, without measuring
6572  *     it again without injection. A more effective version of this
6573  *     step might be to just sample the baseline, by interrupting
6574  *     injection only once, and then to reset/lower the limit only if
6575  *     the total service time with the current limit does happen to be
6576  *     too large.
6577  *
6578  * More details on each step are provided in the comments on the
6579  * pieces of code that implement these steps: the branch handling the
6580  * transition from empty to non empty in bfq_add_request(), the branch
6581  * handling injection in bfq_select_queue(), and the function
6582  * bfq_choose_bfqq_for_injection(). These comments also explain some
6583  * exceptions, made by the injection mechanism in some special cases.
6584  */
6585 static void bfq_update_inject_limit(struct bfq_data *bfqd,
6586                                     struct bfq_queue *bfqq)
6587 {
6588         u64 tot_time_ns = blk_time_get_ns() - bfqd->last_empty_occupied_ns;
6589         unsigned int old_limit = bfqq->inject_limit;
6590
6591         if (bfqq->last_serv_time_ns > 0 && bfqd->rqs_injected) {
6592                 u64 threshold = (bfqq->last_serv_time_ns * 3)>>1;
6593
6594                 if (tot_time_ns >= threshold && old_limit > 0) {
6595                         bfqq->inject_limit--;
6596                         bfqq->decrease_time_jif = jiffies;
6597                 } else if (tot_time_ns < threshold &&
6598                            old_limit <= bfqd->max_rq_in_driver)
6599                         bfqq->inject_limit++;
6600         }
6601
6602         /*
6603          * Either we still have to compute the base value for the
6604          * total service time, and there seem to be the right
6605          * conditions to do it, or we can lower the last base value
6606          * computed.
6607          *
6608          * NOTE: (bfqd->tot_rq_in_driver == 1) means that there is no I/O
6609          * request in flight, because this function is in the code
6610          * path that handles the completion of a request of bfqq, and,
6611          * in particular, this function is executed before
6612          * bfqd->tot_rq_in_driver is decremented in such a code path.
6613          */
6614         if ((bfqq->last_serv_time_ns == 0 && bfqd->tot_rq_in_driver == 1) ||
6615             tot_time_ns < bfqq->last_serv_time_ns) {
6616                 if (bfqq->last_serv_time_ns == 0) {
6617                         /*
6618                          * Now we certainly have a base value: make sure we
6619                          * start trying injection.
6620                          */
6621                         bfqq->inject_limit = max_t(unsigned int, 1, old_limit);
6622                 }
6623                 bfqq->last_serv_time_ns = tot_time_ns;
6624         } else if (!bfqd->rqs_injected && bfqd->tot_rq_in_driver == 1)
6625                 /*
6626                  * No I/O injected and no request still in service in
6627                  * the drive: these are the exact conditions for
6628                  * computing the base value of the total service time
6629                  * for bfqq. So let's update this value, because it is
6630                  * rather variable. For example, it varies if the size
6631                  * or the spatial locality of the I/O requests in bfqq
6632                  * change.
6633                  */
6634                 bfqq->last_serv_time_ns = tot_time_ns;
6635
6636
6637         /* update complete, not waiting for any request completion any longer */
6638         bfqd->waited_rq = NULL;
6639         bfqd->rqs_injected = false;
6640 }
6641
6642 /*
6643  * Handle either a requeue or a finish for rq. The things to do are
6644  * the same in both cases: all references to rq are to be dropped. In
6645  * particular, rq is considered completed from the point of view of
6646  * the scheduler.
6647  */
6648 static void bfq_finish_requeue_request(struct request *rq)
6649 {
6650         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
6651         struct bfq_data *bfqd;
6652         unsigned long flags;
6653
6654         /*
6655          * rq either is not associated with any icq, or is an already
6656          * requeued request that has not (yet) been re-inserted into
6657          * a bfq_queue.
6658          */
6659         if (!rq->elv.icq || !bfqq)
6660                 return;
6661
6662         bfqd = bfqq->bfqd;
6663
6664         if (rq->rq_flags & RQF_STARTED)
6665                 bfqg_stats_update_completion(bfqq_group(bfqq),
6666                                              rq->start_time_ns,
6667                                              rq->io_start_time_ns,
6668                                              rq->cmd_flags);
6669
6670         spin_lock_irqsave(&bfqd->lock, flags);
6671         if (likely(rq->rq_flags & RQF_STARTED)) {
6672                 if (rq == bfqd->waited_rq)
6673                         bfq_update_inject_limit(bfqd, bfqq);
6674
6675                 bfq_completed_request(bfqq, bfqd);
6676         }
6677         bfqq_request_freed(bfqq);
6678         bfq_put_queue(bfqq);
6679         RQ_BIC(rq)->requests--;
6680         spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
6681
6682         /*
6683          * Reset private fields. In case of a requeue, this allows
6684          * this function to correctly do nothing if it is spuriously
6685          * invoked again on this same request (see the check at the
6686          * beginning of the function). Probably, a better general
6687          * design would be to prevent blk-mq from invoking the requeue
6688          * or finish hooks of an elevator, for a request that is not
6689          * referred by that elevator.
6690          *
6691          * Resetting the following fields would break the
6692          * request-insertion logic if rq is re-inserted into a bfq
6693          * internal queue, without a re-preparation. Here we assume
6694          * that re-insertions of requeued requests, without
6695          * re-preparation, can happen only for pass_through or at_head
6696          * requests (which are not re-inserted into bfq internal
6697          * queues).
6698          */
6699         rq->elv.priv[0] = NULL;
6700         rq->elv.priv[1] = NULL;
6701 }
6702
6703 static void bfq_finish_request(struct request *rq)
6704 {
6705         bfq_finish_requeue_request(rq);
6706
6707         if (rq->elv.icq) {
6708                 put_io_context(rq->elv.icq->ioc);
6709                 rq->elv.icq = NULL;
6710         }
6711 }
6712
6713 /*
6714  * Removes the association between the current task and bfqq, assuming
6715  * that bic points to the bfq iocontext of the task.
6716  * Returns NULL if a new bfqq should be allocated, or the old bfqq if this
6717  * was the last process referring to that bfqq.
6718  */
6719 static struct bfq_queue *
6720 bfq_split_bfqq(struct bfq_io_cq *bic, struct bfq_queue *bfqq)
6721 {
6722         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "splitting queue");
6723
6724         if (bfqq_process_refs(bfqq) == 1) {
6725                 bfqq->pid = current->pid;
6726                 bfq_clear_bfqq_coop(bfqq);
6727                 bfq_clear_bfqq_split_coop(bfqq);
6728                 return bfqq;
6729         }
6730
6731         bic_set_bfqq(bic, NULL, true, bfqq->actuator_idx);
6732
6733         bfq_put_cooperator(bfqq);
6734
6735         bfq_release_process_ref(bfqq->bfqd, bfqq);
6736         return NULL;
6737 }
6738
6739 static struct bfq_queue *bfq_get_bfqq_handle_split(struct bfq_data *bfqd,
6740                                                    struct bfq_io_cq *bic,
6741                                                    struct bio *bio,
6742                                                    bool split, bool is_sync,
6743                                                    bool *new_queue)
6744 {
6745         unsigned int act_idx = bfq_actuator_index(bfqd, bio);
6746         struct bfq_queue *bfqq = bic_to_bfqq(bic, is_sync, act_idx);
6747         struct bfq_iocq_bfqq_data *bfqq_data = &bic->bfqq_data[act_idx];
6748
6749         if (likely(bfqq && bfqq != &bfqd->oom_bfqq))
6750                 return bfqq;
6751
6752         if (new_queue)
6753                 *new_queue = true;
6754
6755         if (bfqq)
6756                 bfq_put_queue(bfqq);
6757         bfqq = bfq_get_queue(bfqd, bio, is_sync, bic, split);
6758
6759         bic_set_bfqq(bic, bfqq, is_sync, act_idx);
6760         if (split && is_sync) {
6761                 if ((bfqq_data->was_in_burst_list && bfqd->large_burst) ||
6762                     bfqq_data->saved_in_large_burst)
6763                         bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq);
6764                 else {
6765                         bfq_clear_bfqq_in_large_burst(bfqq);
6766                         if (bfqq_data->was_in_burst_list)
6767                                 /*
6768                                  * If bfqq was in the current
6769                                  * burst list before being
6770                                  * merged, then we have to add
6771                                  * it back. And we do not need
6772                                  * to increase burst_size, as
6773                                  * we did not decrement
6774                                  * burst_size when we removed
6775                                  * bfqq from the burst list as
6776                                  * a consequence of a merge
6777                                  * (see comments in
6778                                  * bfq_put_queue). In this
6779                                  * respect, it would be rather
6780                                  * costly to know whether the
6781                                  * current burst list is still
6782                                  * the same burst list from
6783                                  * which bfqq was removed on
6784                                  * the merge. To avoid this
6785                                  * cost, if bfqq was in a
6786                                  * burst list, then we add
6787                                  * bfqq to the current burst
6788                                  * list without any further
6789                                  * check. This can cause
6790                                  * inappropriate insertions,
6791                                  * but rarely enough to not
6792                                  * harm the detection of large
6793                                  * bursts significantly.
6794                                  */
6795                                 hlist_add_head(&bfqq->burst_list_node,
6796                                                &bfqd->burst_list);
6797                 }
6798                 bfqq->split_time = jiffies;
6799         }
6800
6801         return bfqq;
6802 }
6803
6804 /*
6805  * Only reset private fields. The actual request preparation will be
6806  * performed by bfq_init_rq, when rq is either inserted or merged. See
6807  * comments on bfq_init_rq for the reason behind this delayed
6808  * preparation.
6809  */
6810 static void bfq_prepare_request(struct request *rq)
6811 {
6812         rq->elv.icq = ioc_find_get_icq(rq->q);
6813
6814         /*
6815          * Regardless of whether we have an icq attached, we have to
6816          * clear the scheduler pointers, as they might point to
6817          * previously allocated bic/bfqq structs.
6818          */
6819         rq->elv.priv[0] = rq->elv.priv[1] = NULL;
6820 }
6821
6822 /*
6823  * If needed, init rq, allocate bfq data structures associated with
6824  * rq, and increment reference counters in the destination bfq_queue
6825  * for rq. Return the destination bfq_queue for rq, or NULL is rq is
6826  * not associated with any bfq_queue.
6827  *
6828  * This function is invoked by the functions that perform rq insertion
6829  * or merging. One may have expected the above preparation operations
6830  * to be performed in bfq_prepare_request, and not delayed to when rq
6831  * is inserted or merged. The rationale behind this delayed
6832  * preparation is that, after the prepare_request hook is invoked for
6833  * rq, rq may still be transformed into a request with no icq, i.e., a
6834  * request not associated with any queue. No bfq hook is invoked to
6835  * signal this transformation. As a consequence, should these
6836  * preparation operations be performed when the prepare_request hook
6837  * is invoked, and should rq be transformed one moment later, bfq
6838  * would end up in an inconsistent state, because it would have
6839  * incremented some queue counters for an rq destined to
6840  * transformation, without any chance to correctly lower these
6841  * counters back. In contrast, no transformation can still happen for
6842  * rq after rq has been inserted or merged. So, it is safe to execute
6843  * these preparation operations when rq is finally inserted or merged.
6844  */
6845 static struct bfq_queue *bfq_init_rq(struct request *rq)
6846 {
6847         struct request_queue *q = rq->q;
6848         struct bio *bio = rq->bio;
6849         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
6850         struct bfq_io_cq *bic;
6851         const int is_sync = rq_is_sync(rq);
6852         struct bfq_queue *bfqq;
6853         bool new_queue = false;
6854         bool bfqq_already_existing = false, split = false;
6855         unsigned int a_idx = bfq_actuator_index(bfqd, bio);
6856
6857         if (unlikely(!rq->elv.icq))
6858                 return NULL;
6859
6860         /*
6861          * Assuming that RQ_BFQQ(rq) is set only if everything is set
6862          * for this rq. This holds true, because this function is
6863          * invoked only for insertion or merging, and, after such
6864          * events, a request cannot be manipulated any longer before
6865          * being removed from bfq.
6866          */
6867         if (RQ_BFQQ(rq))
6868                 return RQ_BFQQ(rq);
6869
6870         bic = icq_to_bic(rq->elv.icq);
6871
6872         bfq_check_ioprio_change(bic, bio);
6873
6874         bfq_bic_update_cgroup(bic, bio);
6875
6876         bfqq = bfq_get_bfqq_handle_split(bfqd, bic, bio, false, is_sync,
6877                                          &new_queue);
6878
6879         if (likely(!new_queue)) {
6880                 /* If the queue was seeky for too long, break it apart. */
6881                 if (bfq_bfqq_coop(bfqq) && bfq_bfqq_split_coop(bfqq) &&
6882                         !bic->bfqq_data[a_idx].stably_merged) {
6883                         struct bfq_queue *old_bfqq = bfqq;
6884
6885                         /* Update bic before losing reference to bfqq */
6886                         if (bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq))
6887                                 bic->bfqq_data[a_idx].saved_in_large_burst =
6888                                         true;
6889
6890                         bfqq = bfq_split_bfqq(bic, bfqq);
6891                         split = true;
6892
6893                         if (!bfqq) {
6894                                 bfqq = bfq_get_bfqq_handle_split(bfqd, bic, bio,
6895                                                                  true, is_sync,
6896                                                                  NULL);
6897                                 if (unlikely(bfqq == &bfqd->oom_bfqq))
6898                                         bfqq_already_existing = true;
6899                         } else
6900                                 bfqq_already_existing = true;
6901
6902                         if (!bfqq_already_existing) {
6903                                 bfqq->waker_bfqq = old_bfqq->waker_bfqq;
6904                                 bfqq->tentative_waker_bfqq = NULL;
6905
6906                                 /*
6907                                  * If the waker queue disappears, then
6908                                  * new_bfqq->waker_bfqq must be
6909                                  * reset. So insert new_bfqq into the
6910                                  * woken_list of the waker. See
6911                                  * bfq_check_waker for details.
6912                                  */
6913                                 if (bfqq->waker_bfqq)
6914                                         hlist_add_head(&bfqq->woken_list_node,
6915                                                        &bfqq->waker_bfqq->woken_list);
6916                         }
6917                 }
6918         }
6919
6920         bfqq_request_allocated(bfqq);
6921         bfqq->ref++;
6922         bic->requests++;
6923         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "get_request %p: bfqq %p, %d",
6924                      rq, bfqq, bfqq->ref);
6925
6926         rq->elv.priv[0] = bic;
6927         rq->elv.priv[1] = bfqq;
6928
6929         /*
6930          * If a bfq_queue has only one process reference, it is owned
6931          * by only this bic: we can then set bfqq->bic = bic. in
6932          * addition, if the queue has also just been split, we have to
6933          * resume its state.
6934          */
6935         if (likely(bfqq != &bfqd->oom_bfqq) && bfqq_process_refs(bfqq) == 1) {
6936                 bfqq->bic = bic;
6937                 if (split) {
6938                         /*
6939                          * The queue has just been split from a shared
6940                          * queue: restore the idle window and the
6941                          * possible weight raising period.
6942                          */
6943                         bfq_bfqq_resume_state(bfqq, bfqd, bic,
6944                                               bfqq_already_existing);
6945                 }
6946         }
6947
6948         /*
6949          * Consider bfqq as possibly belonging to a burst of newly
6950          * created queues only if:
6951          * 1) A burst is actually happening (bfqd->burst_size > 0)
6952          * or
6953          * 2) There is no other active queue. In fact, if, in
6954          *    contrast, there are active queues not belonging to the
6955          *    possible burst bfqq may belong to, then there is no gain
6956          *    in considering bfqq as belonging to a burst, and
6957          *    therefore in not weight-raising bfqq. See comments on
6958          *    bfq_handle_burst().
6959          *
6960          * This filtering also helps eliminating false positives,
6961          * occurring when bfqq does not belong to an actual large
6962          * burst, but some background task (e.g., a service) happens
6963          * to trigger the creation of new queues very close to when
6964          * bfqq and its possible companion queues are created. See
6965          * comments on bfq_handle_burst() for further details also on
6966          * this issue.
6967          */
6968         if (unlikely(bfq_bfqq_just_created(bfqq) &&
6969                      (bfqd->burst_size > 0 ||
6970                       bfq_tot_busy_queues(bfqd) == 0)))
6971                 bfq_handle_burst(bfqd, bfqq);
6972
6973         return bfqq;
6974 }
6975
6976 static void
6977 bfq_idle_slice_timer_body(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
6978 {
6979         enum bfqq_expiration reason;
6980         unsigned long flags;
6981
6982         spin_lock_irqsave(&bfqd->lock, flags);
6983
6984         /*
6985          * Considering that bfqq may be in race, we should firstly check
6986          * whether bfqq is in service before doing something on it. If
6987          * the bfqq in race is not in service, it has already been expired
6988          * through __bfq_bfqq_expire func and its wait_request flags has
6989          * been cleared in __bfq_bfqd_reset_in_service func.
6990          */
6991         if (bfqq != bfqd->in_service_queue) {
6992                 spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
6993                 return;
6994         }
6995
6996         bfq_clear_bfqq_wait_request(bfqq);
6997
6998         if (bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq))
6999                 /*
7000                  * Also here the queue can be safely expired
7001                  * for budget timeout without wasting
7002                  * guarantees
7003                  */
7004                 reason = BFQQE_BUDGET_TIMEOUT;
7005         else if (bfqq->queued[0] == 0 && bfqq->queued[1] == 0)
7006                 /*
7007                  * The queue may not be empty upon timer expiration,
7008                  * because we may not disable the timer when the
7009                  * first request of the in-service queue arrives
7010                  * during disk idling.
7011                  */
7012                 reason = BFQQE_TOO_IDLE;
7013         else
7014                 goto schedule_dispatch;
7015
7016         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, true, reason);
7017
7018 schedule_dispatch:
7019         bfq_schedule_dispatch(bfqd);
7020         spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
7021 }
7022
7023 /*
7024  * Handler of the expiration of the timer running if the in-service queue
7025  * is idling inside its time slice.
7026  */
7027 static enum hrtimer_restart bfq_idle_slice_timer(struct hrtimer *timer)
7028 {
7029         struct bfq_data *bfqd = container_of(timer, struct bfq_data,
7030                                              idle_slice_timer);
7031         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->in_service_queue;
7032
7033         /*
7034          * Theoretical race here: the in-service queue can be NULL or
7035          * different from the queue that was idling if a new request
7036          * arrives for the current queue and there is a full dispatch
7037          * cycle that changes the in-service queue.  This can hardly
7038          * happen, but in the worst case we just expire a queue too
7039          * early.
7040          */
7041         if (bfqq)
7042                 bfq_idle_slice_timer_body(bfqd, bfqq);
7043
7044         return HRTIMER_NORESTART;
7045 }
7046
7047 static void __bfq_put_async_bfqq(struct bfq_data *bfqd,
7048                                  struct bfq_queue **bfqq_ptr)
7049 {
7050         struct bfq_queue *bfqq = *bfqq_ptr;
7051
7052         bfq_log(bfqd, "put_async_bfqq: %p", bfqq);
7053         if (bfqq) {
7054                 bfq_bfqq_move(bfqd, bfqq, bfqd->root_group);
7055
7056                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "put_async_bfqq: putting %p, %d",
7057                              bfqq, bfqq->ref);
7058                 bfq_put_queue(bfqq);
7059                 *bfqq_ptr = NULL;
7060         }
7061 }
7062
7063 /*
7064  * Release all the bfqg references to its async queues.  If we are
7065  * deallocating the group these queues may still contain requests, so
7066  * we reparent them to the root cgroup (i.e., the only one that will
7067  * exist for sure until all the requests on a device are gone).
7068  */
7069 void bfq_put_async_queues(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_group *bfqg)
7070 {
7071         int i, j, k;
7072
7073         for (k = 0; k < bfqd->num_actuators; k++) {
7074                 for (i = 0; i < 2; i++)
7075                         for (j = 0; j < IOPRIO_NR_LEVELS; j++)
7076                                 __bfq_put_async_bfqq(bfqd, &bfqg->async_bfqq[i][j][k]);
7077
7078                 __bfq_put_async_bfqq(bfqd, &bfqg->async_idle_bfqq[k]);
7079         }
7080 }
7081
7082 /*
7083  * See the comments on bfq_limit_depth for the purpose of
7084  * the depths set in the function. Return minimum shallow depth we'll use.
7085  */
7086 static void bfq_update_depths(struct bfq_data *bfqd, struct sbitmap_queue *bt)
7087 {
7088         unsigned int depth = 1U << bt->sb.shift;
7089
7090         bfqd->full_depth_shift = bt->sb.shift;
7091         /*
7092          * In-word depths if no bfq_queue is being weight-raised:
7093          * leaving 25% of tags only for sync reads.
7094          *
7095          * In next formulas, right-shift the value
7096          * (1U<<bt->sb.shift), instead of computing directly
7097          * (1U<<(bt->sb.shift - something)), to be robust against
7098          * any possible value of bt->sb.shift, without having to
7099          * limit 'something'.
7100          */
7101         /* no more than 50% of tags for async I/O */
7102         bfqd->word_depths[0][0] = max(depth >> 1, 1U);
7103         /*
7104          * no more than 75% of tags for sync writes (25% extra tags
7105          * w.r.t. async I/O, to prevent async I/O from starving sync
7106          * writes)
7107          */
7108         bfqd->word_depths[0][1] = max((depth * 3) >> 2, 1U);
7109
7110         /*
7111          * In-word depths in case some bfq_queue is being weight-
7112          * raised: leaving ~63% of tags for sync reads. This is the
7113          * highest percentage for which, in our tests, application
7114          * start-up times didn't suffer from any regression due to tag
7115          * shortage.
7116          */
7117         /* no more than ~18% of tags for async I/O */
7118         bfqd->word_depths[1][0] = max((depth * 3) >> 4, 1U);
7119         /* no more than ~37% of tags for sync writes (~20% extra tags) */
7120         bfqd->word_depths[1][1] = max((depth * 6) >> 4, 1U);
7121 }
7122
7123 static void bfq_depth_updated(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
7124 {
7125         struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
7126         struct blk_mq_tags *tags = hctx->sched_tags;
7127
7128         bfq_update_depths(bfqd, &tags->bitmap_tags);
7129         sbitmap_queue_min_shallow_depth(&tags->bitmap_tags, 1);
7130 }
7131
7132 static int bfq_init_hctx(struct blk_mq_hw_ctx *hctx, unsigned int index)
7133 {
7134         bfq_depth_updated(hctx);
7135         return 0;
7136 }
7137
7138 static void bfq_exit_queue(struct elevator_queue *e)
7139 {
7140         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
7141         struct bfq_queue *bfqq, *n;
7142         unsigned int actuator;
7143
7144         hrtimer_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
7145
7146         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
7147         list_for_each_entry_safe(bfqq, n, &bfqd->idle_list, bfqq_list)
7148                 bfq_deactivate_bfqq(bfqd, bfqq, false, false);
7149         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
7150
7151         for (actuator = 0; actuator < bfqd->num_actuators; actuator++)
7152                 WARN_ON_ONCE(bfqd->rq_in_driver[actuator]);
7153         WARN_ON_ONCE(bfqd->tot_rq_in_driver);
7154
7155         hrtimer_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
7156
7157         /* release oom-queue reference to root group */
7158         bfqg_and_blkg_put(bfqd->root_group);
7159
7160 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
7161         blkcg_deactivate_policy(bfqd->queue->disk, &blkcg_policy_bfq);
7162 #else
7163         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
7164         bfq_put_async_queues(bfqd, bfqd->root_group);
7165         kfree(bfqd->root_group);
7166         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
7167 #endif
7168
7169         blk_stat_disable_accounting(bfqd->queue);
7170         clear_bit(ELEVATOR_FLAG_DISABLE_WBT, &e->flags);
7171         wbt_enable_default(bfqd->queue->disk);
7172
7173         kfree(bfqd);
7174 }
7175
7176 static void bfq_init_root_group(struct bfq_group *root_group,
7177                                 struct bfq_data *bfqd)
7178 {
7179         int i;
7180
7181 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
7182         root_group->entity.parent = NULL;
7183         root_group->my_entity = NULL;
7184         root_group->bfqd = bfqd;
7185 #endif
7186         root_group->rq_pos_tree = RB_ROOT;
7187         for (i = 0; i < BFQ_IOPRIO_CLASSES; i++)
7188                 root_group->sched_data.service_tree[i] = BFQ_SERVICE_TREE_INIT;
7189         root_group->sched_data.bfq_class_idle_last_service = jiffies;
7190 }
7191
7192 static int bfq_init_queue(struct request_queue *q, struct elevator_type *e)
7193 {
7194         struct bfq_data *bfqd;
7195         struct elevator_queue *eq;
7196         unsigned int i;
7197         struct blk_independent_access_ranges *ia_ranges = q->disk->ia_ranges;
7198
7199         eq = elevator_alloc(q, e);
7200         if (!eq)
7201                 return -ENOMEM;
7202
7203         bfqd = kzalloc_node(sizeof(*bfqd), GFP_KERNEL, q->node);
7204         if (!bfqd) {
7205                 kobject_put(&eq->kobj);
7206                 return -ENOMEM;
7207         }
7208         eq->elevator_data = bfqd;
7209
7210         spin_lock_irq(&q->queue_lock);
7211         q->elevator = eq;
7212         spin_unlock_irq(&q->queue_lock);
7213
7214         /*
7215          * Our fallback bfqq if bfq_find_alloc_queue() runs into OOM issues.
7216          * Grab a permanent reference to it, so that the normal code flow
7217          * will not attempt to free it.
7218          * Set zero as actuator index: we will pretend that
7219          * all I/O requests are for the same actuator.
7220          */
7221         bfq_init_bfqq(bfqd, &bfqd->oom_bfqq, NULL, 1, 0, 0);
7222         bfqd->oom_bfqq.ref++;
7223         bfqd->oom_bfqq.new_ioprio = BFQ_DEFAULT_QUEUE_IOPRIO;
7224         bfqd->oom_bfqq.new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_BE;
7225         bfqd->oom_bfqq.entity.new_weight =
7226                 bfq_ioprio_to_weight(bfqd->oom_bfqq.new_ioprio);
7227
7228         /* oom_bfqq does not participate to bursts */
7229         bfq_clear_bfqq_just_created(&bfqd->oom_bfqq);
7230
7231         /*
7232          * Trigger weight initialization, according to ioprio, at the
7233          * oom_bfqq's first activation. The oom_bfqq's ioprio and ioprio
7234          * class won't be changed any more.
7235          */
7236         bfqd->oom_bfqq.entity.prio_changed = 1;
7237
7238         bfqd->queue = q;
7239
7240         bfqd->num_actuators = 1;
7241         /*
7242          * If the disk supports multiple actuators, copy independent
7243          * access ranges from the request queue structure.
7244          */
7245         spin_lock_irq(&q->queue_lock);
7246         if (ia_ranges) {
7247                 /*
7248                  * Check if the disk ia_ranges size exceeds the current bfq
7249                  * actuator limit.
7250                  */
7251                 if (ia_ranges->nr_ia_ranges > BFQ_MAX_ACTUATORS) {
7252                         pr_crit("nr_ia_ranges higher than act limit: iars=%d, max=%d.\n",
7253                                 ia_ranges->nr_ia_ranges, BFQ_MAX_ACTUATORS);
7254                         pr_crit("Falling back to single actuator mode.\n");
7255                 } else {
7256                         bfqd->num_actuators = ia_ranges->nr_ia_ranges;
7257
7258                         for (i = 0; i < bfqd->num_actuators; i++) {
7259                                 bfqd->sector[i] = ia_ranges->ia_range[i].sector;
7260                                 bfqd->nr_sectors[i] =
7261                                         ia_ranges->ia_range[i].nr_sectors;
7262                         }
7263                 }
7264         }
7265
7266         /* Otherwise use single-actuator dev info */
7267         if (bfqd->num_actuators == 1) {
7268                 bfqd->sector[0] = 0;
7269                 bfqd->nr_sectors[0] = get_capacity(q->disk);
7270         }
7271         spin_unlock_irq(&q->queue_lock);
7272
7273         INIT_LIST_HEAD(&bfqd->dispatch);
7274
7275         hrtimer_init(&bfqd->idle_slice_timer, CLOCK_MONOTONIC,
7276                      HRTIMER_MODE_REL);
7277         bfqd->idle_slice_timer.function = bfq_idle_slice_timer;
7278
7279         bfqd->queue_weights_tree = RB_ROOT_CACHED;
7280 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
7281         bfqd->num_groups_with_pending_reqs = 0;
7282 #endif
7283
7284         INIT_LIST_HEAD(&bfqd->active_list[0]);
7285         INIT_LIST_HEAD(&bfqd->active_list[1]);
7286         INIT_LIST_HEAD(&bfqd->idle_list);
7287         INIT_HLIST_HEAD(&bfqd->burst_list);
7288
7289         bfqd->hw_tag = -1;
7290         bfqd->nonrot_with_queueing = blk_queue_nonrot(bfqd->queue);
7291
7292         bfqd->bfq_max_budget = bfq_default_max_budget;
7293
7294         bfqd->bfq_fifo_expire[0] = bfq_fifo_expire[0];
7295         bfqd->bfq_fifo_expire[1] = bfq_fifo_expire[1];
7296         bfqd->bfq_back_max = bfq_back_max;
7297         bfqd->bfq_back_penalty = bfq_back_penalty;
7298         bfqd->bfq_slice_idle = bfq_slice_idle;
7299         bfqd->bfq_timeout = bfq_timeout;
7300
7301         bfqd->bfq_large_burst_thresh = 8;
7302         bfqd->bfq_burst_interval = msecs_to_jiffies(180);
7303
7304         bfqd->low_latency = true;
7305
7306         /*
7307          * Trade-off between responsiveness and fairness.
7308          */
7309         bfqd->bfq_wr_coeff = 30;
7310         bfqd->bfq_wr_rt_max_time = msecs_to_jiffies(300);
7311         bfqd->bfq_wr_min_idle_time = msecs_to_jiffies(2000);
7312         bfqd->bfq_wr_min_inter_arr_async = msecs_to_jiffies(500);
7313         bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate = 7000; /*
7314                                               * Approximate rate required
7315                                               * to playback or record a
7316                                               * high-definition compressed
7317                                               * video.
7318                                               */
7319         bfqd->wr_busy_queues = 0;
7320
7321         /*
7322          * Begin by assuming, optimistically, that the device peak
7323          * rate is equal to 2/3 of the highest reference rate.
7324          */
7325         bfqd->rate_dur_prod = ref_rate[blk_queue_nonrot(bfqd->queue)] *
7326                 ref_wr_duration[blk_queue_nonrot(bfqd->queue)];
7327         bfqd->peak_rate = ref_rate[blk_queue_nonrot(bfqd->queue)] * 2 / 3;
7328
7329         /* see comments on the definition of next field inside bfq_data */
7330         bfqd->actuator_load_threshold = 4;
7331
7332         spin_lock_init(&bfqd->lock);
7333
7334         /*
7335          * The invocation of the next bfq_create_group_hierarchy
7336          * function is the head of a chain of function calls
7337          * (bfq_create_group_hierarchy->blkcg_activate_policy->
7338          * blk_mq_freeze_queue) that may lead to the invocation of the
7339          * has_work hook function. For this reason,
7340          * bfq_create_group_hierarchy is invoked only after all
7341          * scheduler data has been initialized, apart from the fields
7342          * that can be initialized only after invoking
7343          * bfq_create_group_hierarchy. This, in particular, enables
7344          * has_work to correctly return false. Of course, to avoid
7345          * other inconsistencies, the blk-mq stack must then refrain
7346          * from invoking further scheduler hooks before this init
7347          * function is finished.
7348          */
7349         bfqd->root_group = bfq_create_group_hierarchy(bfqd, q->node);
7350         if (!bfqd->root_group)
7351                 goto out_free;
7352         bfq_init_root_group(bfqd->root_group, bfqd);
7353         bfq_init_entity(&bfqd->oom_bfqq.entity, bfqd->root_group);
7354
7355         /* We dispatch from request queue wide instead of hw queue */
7356         blk_queue_flag_set(QUEUE_FLAG_SQ_SCHED, q);
7357
7358         set_bit(ELEVATOR_FLAG_DISABLE_WBT, &eq->flags);
7359         wbt_disable_default(q->disk);
7360         blk_stat_enable_accounting(q);
7361
7362         return 0;
7363
7364 out_free:
7365         kfree(bfqd);
7366         kobject_put(&eq->kobj);
7367         return -ENOMEM;
7368 }
7369
7370 static void bfq_slab_kill(void)
7371 {
7372         kmem_cache_destroy(bfq_pool);
7373 }
7374
7375 static int __init bfq_slab_setup(void)
7376 {
7377         bfq_pool = KMEM_CACHE(bfq_queue, 0);
7378         if (!bfq_pool)
7379                 return -ENOMEM;
7380         return 0;
7381 }
7382
7383 static ssize_t bfq_var_show(unsigned int var, char *page)
7384 {
7385         return sprintf(page, "%u\n", var);
7386 }
7387
7388 static int bfq_var_store(unsigned long *var, const char *page)
7389 {
7390         unsigned long new_val;
7391         int ret = kstrtoul(page, 10, &new_val);
7392
7393         if (ret)
7394                 return ret;
7395         *var = new_val;
7396         return 0;
7397 }
7398
7399 #define SHOW_FUNCTION(__FUNC, __VAR, __CONV)                            \
7400 static ssize_t __FUNC(struct elevator_queue *e, char *page)             \
7401 {                                                                       \
7402         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
7403         u64 __data = __VAR;                                             \
7404         if (__CONV == 1)                                                \
7405                 __data = jiffies_to_msecs(__data);                      \
7406         else if (__CONV == 2)                                           \
7407                 __data = div_u64(__data, NSEC_PER_MSEC);                \
7408         return bfq_var_show(__data, (page));                            \
7409 }
7410 SHOW_FUNCTION(bfq_fifo_expire_sync_show, bfqd->bfq_fifo_expire[1], 2);
7411 SHOW_FUNCTION(bfq_fifo_expire_async_show, bfqd->bfq_fifo_expire[0], 2);
7412 SHOW_FUNCTION(bfq_back_seek_max_show, bfqd->bfq_back_max, 0);
7413 SHOW_FUNCTION(bfq_back_seek_penalty_show, bfqd->bfq_back_penalty, 0);
7414 SHOW_FUNCTION(bfq_slice_idle_show, bfqd->bfq_slice_idle, 2);
7415 SHOW_FUNCTION(bfq_max_budget_show, bfqd->bfq_user_max_budget, 0);
7416 SHOW_FUNCTION(bfq_timeout_sync_show, bfqd->bfq_timeout, 1);
7417 SHOW_FUNCTION(bfq_strict_guarantees_show, bfqd->strict_guarantees, 0);
7418 SHOW_FUNCTION(bfq_low_latency_show, bfqd->low_latency, 0);
7419 #undef SHOW_FUNCTION
7420
7421 #define USEC_SHOW_FUNCTION(__FUNC, __VAR)                               \
7422 static ssize_t __FUNC(struct elevator_queue *e, char *page)             \
7423 {                                                                       \
7424         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
7425         u64 __data = __VAR;                                             \
7426         __data = div_u64(__data, NSEC_PER_USEC);                        \
7427         return bfq_var_show(__data, (page));                            \
7428 }
7429 USEC_SHOW_FUNCTION(bfq_slice_idle_us_show, bfqd->bfq_slice_idle);
7430 #undef USEC_SHOW_FUNCTION
7431
7432 #define STORE_FUNCTION(__FUNC, __PTR, MIN, MAX, __CONV)                 \
7433 static ssize_t                                                          \
7434 __FUNC(struct elevator_queue *e, const char *page, size_t count)        \
7435 {                                                                       \
7436         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
7437         unsigned long __data, __min = (MIN), __max = (MAX);             \
7438         int ret;                                                        \
7439                                                                         \
7440         ret = bfq_var_store(&__data, (page));                           \
7441         if (ret)                                                        \
7442                 return ret;                                             \
7443         if (__data < __min)                                             \
7444                 __data = __min;                                         \
7445         else if (__data > __max)                                        \
7446                 __data = __max;                                         \
7447         if (__CONV == 1)                                                \
7448                 *(__PTR) = msecs_to_jiffies(__data);                    \
7449         else if (__CONV == 2)                                           \
7450                 *(__PTR) = (u64)__data * NSEC_PER_MSEC;                 \
7451         else                                                            \
7452                 *(__PTR) = __data;                                      \
7453         return count;                                                   \
7454 }
7455 STORE_FUNCTION(bfq_fifo_expire_sync_store, &bfqd->bfq_fifo_expire[1], 1,
7456                 INT_MAX, 2);
7457 STORE_FUNCTION(bfq_fifo_expire_async_store, &bfqd->bfq_fifo_expire[0], 1,
7458                 INT_MAX, 2);
7459 STORE_FUNCTION(bfq_back_seek_max_store, &bfqd->bfq_back_max, 0, INT_MAX, 0);
7460 STORE_FUNCTION(bfq_back_seek_penalty_store, &bfqd->bfq_back_penalty, 1,
7461                 INT_MAX, 0);
7462 STORE_FUNCTION(bfq_slice_idle_store, &bfqd->bfq_slice_idle, 0, INT_MAX, 2);
7463 #undef STORE_FUNCTION
7464
7465 #define USEC_STORE_FUNCTION(__FUNC, __PTR, MIN, MAX)                    \
7466 static ssize_t __FUNC(struct elevator_queue *e, const char *page, size_t count)\
7467 {                                                                       \
7468         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
7469         unsigned long __data, __min = (MIN), __max = (MAX);             \
7470         int ret;                                                        \
7471                                                                         \
7472         ret = bfq_var_store(&__data, (page));                           \
7473         if (ret)                                                        \
7474                 return ret;                                             \
7475         if (__data < __min)                                             \
7476                 __data = __min;                                         \
7477         else if (__data > __max)                                        \
7478                 __data = __max;                                         \
7479         *(__PTR) = (u64)__data * NSEC_PER_USEC;                         \
7480         return count;                                                   \
7481 }
7482 USEC_STORE_FUNCTION(bfq_slice_idle_us_store, &bfqd->bfq_slice_idle, 0,
7483                     UINT_MAX);
7484 #undef USEC_STORE_FUNCTION
7485
7486 static ssize_t bfq_max_budget_store(struct elevator_queue *e,
7487                                     const char *page, size_t count)
7488 {
7489         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
7490         unsigned long __data;
7491         int ret;
7492
7493         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
7494         if (ret)
7495                 return ret;
7496
7497         if (__data == 0)
7498                 bfqd->bfq_max_budget = bfq_calc_max_budget(bfqd);
7499         else {
7500                 if (__data > INT_MAX)
7501                         __data = INT_MAX;
7502                 bfqd->bfq_max_budget = __data;
7503         }
7504
7505         bfqd->bfq_user_max_budget = __data;
7506
7507         return count;
7508 }
7509
7510 /*
7511  * Leaving this name to preserve name compatibility with cfq
7512  * parameters, but this timeout is used for both sync and async.
7513  */
7514 static ssize_t bfq_timeout_sync_store(struct elevator_queue *e,
7515                                       const char *page, size_t count)
7516 {
7517         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
7518         unsigned long __data;
7519         int ret;
7520
7521         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
7522         if (ret)
7523                 return ret;
7524
7525         if (__data < 1)
7526                 __data = 1;
7527         else if (__data > INT_MAX)
7528                 __data = INT_MAX;
7529
7530         bfqd->bfq_timeout = msecs_to_jiffies(__data);
7531         if (bfqd->bfq_user_max_budget == 0)
7532                 bfqd->bfq_max_budget = bfq_calc_max_budget(bfqd);
7533
7534         return count;
7535 }
7536
7537 static ssize_t bfq_strict_guarantees_store(struct elevator_queue *e,
7538                                      const char *page, size_t count)
7539 {
7540         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
7541         unsigned long __data;
7542         int ret;
7543
7544         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
7545         if (ret)
7546                 return ret;
7547
7548         if (__data > 1)
7549                 __data = 1;
7550         if (!bfqd->strict_guarantees && __data == 1
7551             && bfqd->bfq_slice_idle < 8 * NSEC_PER_MSEC)
7552                 bfqd->bfq_slice_idle = 8 * NSEC_PER_MSEC;
7553
7554         bfqd->strict_guarantees = __data;
7555
7556         return count;
7557 }
7558
7559 static ssize_t bfq_low_latency_store(struct elevator_queue *e,
7560                                      const char *page, size_t count)
7561 {
7562         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
7563         unsigned long __data;
7564         int ret;
7565
7566         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
7567         if (ret)
7568                 return ret;
7569
7570         if (__data > 1)
7571                 __data = 1;
7572         if (__data == 0 && bfqd->low_latency != 0)
7573                 bfq_end_wr(bfqd);
7574         bfqd->low_latency = __data;
7575
7576         return count;
7577 }
7578
7579 #define BFQ_ATTR(name) \
7580         __ATTR(name, 0644, bfq_##name##_show, bfq_##name##_store)
7581
7582 static struct elv_fs_entry bfq_attrs[] = {
7583         BFQ_ATTR(fifo_expire_sync),
7584         BFQ_ATTR(fifo_expire_async),
7585         BFQ_ATTR(back_seek_max),
7586         BFQ_ATTR(back_seek_penalty),
7587         BFQ_ATTR(slice_idle),
7588         BFQ_ATTR(slice_idle_us),
7589         BFQ_ATTR(max_budget),
7590         BFQ_ATTR(timeout_sync),
7591         BFQ_ATTR(strict_guarantees),
7592         BFQ_ATTR(low_latency),
7593         __ATTR_NULL
7594 };
7595
7596 static struct elevator_type iosched_bfq_mq = {
7597         .ops = {
7598                 .limit_depth            = bfq_limit_depth,
7599                 .prepare_request        = bfq_prepare_request,
7600                 .requeue_request        = bfq_finish_requeue_request,
7601                 .finish_request         = bfq_finish_request,
7602                 .exit_icq               = bfq_exit_icq,
7603                 .insert_requests        = bfq_insert_requests,
7604                 .dispatch_request       = bfq_dispatch_request,
7605                 .next_request           = elv_rb_latter_request,
7606                 .former_request         = elv_rb_former_request,
7607                 .allow_merge            = bfq_allow_bio_merge,
7608                 .bio_merge              = bfq_bio_merge,
7609                 .request_merge          = bfq_request_merge,
7610                 .requests_merged        = bfq_requests_merged,
7611                 .request_merged         = bfq_request_merged,
7612                 .has_work               = bfq_has_work,
7613                 .depth_updated          = bfq_depth_updated,
7614                 .init_hctx              = bfq_init_hctx,
7615                 .init_sched             = bfq_init_queue,
7616                 .exit_sched             = bfq_exit_queue,
7617         },
7618
7619         .icq_size =             sizeof(struct bfq_io_cq),
7620         .icq_align =            __alignof__(struct bfq_io_cq),
7621         .elevator_attrs =       bfq_attrs,
7622         .elevator_name =        "bfq",
7623         .elevator_owner =       THIS_MODULE,
7624 };
7625 MODULE_ALIAS("bfq-iosched");
7626
7627 static int __init bfq_init(void)
7628 {
7629         int ret;
7630
7631 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
7632         ret = blkcg_policy_register(&blkcg_policy_bfq);
7633         if (ret)
7634                 return ret;
7635 #endif
7636
7637         ret = -ENOMEM;
7638         if (bfq_slab_setup())
7639                 goto err_pol_unreg;
7640
7641         /*
7642          * Times to load large popular applications for the typical
7643          * systems installed on the reference devices (see the
7644          * comments before the definition of the next
7645          * array). Actually, we use slightly lower values, as the
7646          * estimated peak rate tends to be smaller than the actual
7647          * peak rate.  The reason for this last fact is that estimates
7648          * are computed over much shorter time intervals than the long
7649          * intervals typically used for benchmarking. Why? First, to
7650          * adapt more quickly to variations. Second, because an I/O
7651          * scheduler cannot rely on a peak-rate-evaluation workload to
7652          * be run for a long time.
7653          */
7654         ref_wr_duration[0] = msecs_to_jiffies(7000); /* actually 8 sec */
7655         ref_wr_duration[1] = msecs_to_jiffies(2500); /* actually 3 sec */
7656
7657         ret = elv_register(&iosched_bfq_mq);
7658         if (ret)
7659                 goto slab_kill;
7660
7661         return 0;
7662
7663 slab_kill:
7664         bfq_slab_kill();
7665 err_pol_unreg:
7666 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
7667         blkcg_policy_unregister(&blkcg_policy_bfq);
7668 #endif
7669         return ret;
7670 }
7671
7672 static void __exit bfq_exit(void)
7673 {
7674         elv_unregister(&iosched_bfq_mq);
7675 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
7676         blkcg_policy_unregister(&blkcg_policy_bfq);
7677 #endif
7678         bfq_slab_kill();
7679 }
7680
7681 module_init(bfq_init);
7682 module_exit(bfq_exit);
7683
7684 MODULE_AUTHOR("Paolo Valente");
7685 MODULE_LICENSE("GPL");
7686 MODULE_DESCRIPTION("MQ Budget Fair Queueing I/O Scheduler");