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