GNU Linux-libre 5.10.217-gnu1
[releases.git] / block / bfq-iosched.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-or-later
2 /*
3  * Budget Fair Queueing (BFQ) I/O scheduler.
4  *
5  * Based on ideas and code from CFQ:
6  * Copyright (C) 2003 Jens Axboe <axboe@kernel.dk>
7  *
8  * Copyright (C) 2008 Fabio Checconi <fabio@gandalf.sssup.it>
9  *                    Paolo Valente <paolo.valente@unimore.it>
10  *
11  * Copyright (C) 2010 Paolo Valente <paolo.valente@unimore.it>
12  *                    Arianna Avanzini <avanzini@google.com>
13  *
14  * Copyright (C) 2017 Paolo Valente <paolo.valente@linaro.org>
15  *
16  * BFQ is a proportional-share I/O scheduler, with some extra
17  * low-latency capabilities. BFQ also supports full hierarchical
18  * scheduling through cgroups. Next paragraphs provide an introduction
19  * on BFQ inner workings. Details on BFQ benefits, usage and
20  * limitations can be found in Documentation/block/bfq-iosched.rst.
21  *
22  * BFQ is a proportional-share storage-I/O scheduling algorithm based
23  * on the slice-by-slice service scheme of CFQ. But BFQ assigns
24  * budgets, measured in number of sectors, to processes instead of
25  * time slices. The device is not granted to the in-service process
26  * for a given time slice, but until it has exhausted its assigned
27  * budget. This change from the time to the service domain enables BFQ
28  * to distribute the device throughput among processes as desired,
29  * without any distortion due to throughput fluctuations, or to device
30  * internal queueing. BFQ uses an ad hoc internal scheduler, called
31  * B-WF2Q+, to schedule processes according to their budgets. More
32  * precisely, BFQ schedules queues associated with processes. Each
33  * process/queue is assigned a user-configurable weight, and B-WF2Q+
34  * guarantees that each queue receives a fraction of the throughput
35  * proportional to its weight. Thanks to the accurate policy of
36  * B-WF2Q+, BFQ can afford to assign high budgets to I/O-bound
37  * processes issuing sequential requests (to boost the throughput),
38  * and yet guarantee a low latency to interactive and soft real-time
39  * applications.
40  *
41  * In particular, to provide these low-latency guarantees, BFQ
42  * explicitly privileges the I/O of two classes of time-sensitive
43  * applications: interactive and soft real-time. In more detail, BFQ
44  * behaves this way if the low_latency parameter is set (default
45  * configuration). This feature enables BFQ to provide applications in
46  * these classes with a very low latency.
47  *
48  * To implement this feature, BFQ constantly tries to detect whether
49  * the I/O requests in a bfq_queue come from an interactive or a soft
50  * real-time application. For brevity, in these cases, the queue is
51  * said to be interactive or soft real-time. In both cases, BFQ
52  * privileges the service of the queue, over that of non-interactive
53  * and non-soft-real-time queues. This privileging is performed,
54  * mainly, by raising the weight of the queue. So, for brevity, we
55  * call just weight-raising periods the time periods during which a
56  * queue is privileged, because deemed interactive or soft real-time.
57  *
58  * The detection of soft real-time queues/applications is described in
59  * detail in the comments on the function
60  * bfq_bfqq_softrt_next_start. On the other hand, the detection of an
61  * interactive queue works as follows: a queue is deemed interactive
62  * if it is constantly non empty only for a limited time interval,
63  * after which it does become empty. The queue may be deemed
64  * interactive again (for a limited time), if it restarts being
65  * constantly non empty, provided that this happens only after the
66  * queue has remained empty for a given minimum idle time.
67  *
68  * By default, BFQ computes automatically the above maximum time
69  * interval, i.e., the time interval after which a constantly
70  * non-empty queue stops being deemed interactive. Since a queue is
71  * weight-raised while it is deemed interactive, this maximum time
72  * interval happens to coincide with the (maximum) duration of the
73  * weight-raising for interactive queues.
74  *
75  * Finally, BFQ also features additional heuristics for
76  * preserving both a low latency and a high throughput on NCQ-capable,
77  * rotational or flash-based devices, and to get the job done quickly
78  * for applications consisting in many I/O-bound processes.
79  *
80  * NOTE: if the main or only goal, with a given device, is to achieve
81  * the maximum-possible throughput at all times, then do switch off
82  * all low-latency heuristics for that device, by setting low_latency
83  * to 0.
84  *
85  * BFQ is described in [1], where also a reference to the initial,
86  * more theoretical paper on BFQ can be found. The interested reader
87  * can find in the latter paper full details on the main algorithm, as
88  * well as formulas of the guarantees and formal proofs of all the
89  * properties.  With respect to the version of BFQ presented in these
90  * papers, this implementation adds a few more heuristics, such as the
91  * ones that guarantee a low latency to interactive and soft real-time
92  * applications, and a hierarchical extension based on H-WF2Q+.
93  *
94  * B-WF2Q+ is based on WF2Q+, which is described in [2], together with
95  * H-WF2Q+, while the augmented tree used here to implement B-WF2Q+
96  * with O(log N) complexity derives from the one introduced with EEVDF
97  * in [3].
98  *
99  * [1] P. Valente, A. Avanzini, "Evolution of the BFQ Storage I/O
100  *     Scheduler", Proceedings of the First Workshop on Mobile System
101  *     Technologies (MST-2015), May 2015.
102  *     http://algogroup.unimore.it/people/paolo/disk_sched/mst-2015.pdf
103  *
104  * [2] Jon C.R. Bennett and H. Zhang, "Hierarchical Packet Fair Queueing
105  *     Algorithms", IEEE/ACM Transactions on Networking, 5(5):675-689,
106  *     Oct 1997.
107  *
108  * http://www.cs.cmu.edu/~hzhang/papers/TON-97-Oct.ps.gz
109  *
110  * [3] I. Stoica and H. Abdel-Wahab, "Earliest Eligible Virtual Deadline
111  *     First: A Flexible and Accurate Mechanism for Proportional Share
112  *     Resource Allocation", technical report.
113  *
114  * http://www.cs.berkeley.edu/~istoica/papers/eevdf-tr-95.pdf
115  */
116 #include <linux/module.h>
117 #include <linux/slab.h>
118 #include <linux/blkdev.h>
119 #include <linux/cgroup.h>
120 #include <linux/elevator.h>
121 #include <linux/ktime.h>
122 #include <linux/rbtree.h>
123 #include <linux/ioprio.h>
124 #include <linux/sbitmap.h>
125 #include <linux/delay.h>
126 #include <linux/backing-dev.h>
127
128 #include "blk.h"
129 #include "blk-mq.h"
130 #include "blk-mq-tag.h"
131 #include "blk-mq-sched.h"
132 #include "bfq-iosched.h"
133 #include "blk-wbt.h"
134
135 #define BFQ_BFQQ_FNS(name)                                              \
136 void bfq_mark_bfqq_##name(struct bfq_queue *bfqq)                       \
137 {                                                                       \
138         __set_bit(BFQQF_##name, &(bfqq)->flags);                        \
139 }                                                                       \
140 void bfq_clear_bfqq_##name(struct bfq_queue *bfqq)                      \
141 {                                                                       \
142         __clear_bit(BFQQF_##name, &(bfqq)->flags);              \
143 }                                                                       \
144 int bfq_bfqq_##name(const struct bfq_queue *bfqq)                       \
145 {                                                                       \
146         return test_bit(BFQQF_##name, &(bfqq)->flags);          \
147 }
148
149 BFQ_BFQQ_FNS(just_created);
150 BFQ_BFQQ_FNS(busy);
151 BFQ_BFQQ_FNS(wait_request);
152 BFQ_BFQQ_FNS(non_blocking_wait_rq);
153 BFQ_BFQQ_FNS(fifo_expire);
154 BFQ_BFQQ_FNS(has_short_ttime);
155 BFQ_BFQQ_FNS(sync);
156 BFQ_BFQQ_FNS(IO_bound);
157 BFQ_BFQQ_FNS(in_large_burst);
158 BFQ_BFQQ_FNS(coop);
159 BFQ_BFQQ_FNS(split_coop);
160 BFQ_BFQQ_FNS(softrt_update);
161 BFQ_BFQQ_FNS(has_waker);
162 #undef BFQ_BFQQ_FNS                                             \
163
164 /* Expiration time of sync (0) and async (1) requests, in ns. */
165 static const u64 bfq_fifo_expire[2] = { NSEC_PER_SEC / 4, NSEC_PER_SEC / 8 };
166
167 /* Maximum backwards seek (magic number lifted from CFQ), in KiB. */
168 static const int bfq_back_max = 16 * 1024;
169
170 /* Penalty of a backwards seek, in number of sectors. */
171 static const int bfq_back_penalty = 2;
172
173 /* Idling period duration, in ns. */
174 static u64 bfq_slice_idle = NSEC_PER_SEC / 125;
175
176 /* Minimum number of assigned budgets for which stats are safe to compute. */
177 static const int bfq_stats_min_budgets = 194;
178
179 /* Default maximum budget values, in sectors and number of requests. */
180 static const int bfq_default_max_budget = 16 * 1024;
181
182 /*
183  * When a sync request is dispatched, the queue that contains that
184  * request, and all the ancestor entities of that queue, are charged
185  * with the number of sectors of the request. In contrast, if the
186  * request is async, then the queue and its ancestor entities are
187  * charged with the number of sectors of the request, multiplied by
188  * the factor below. This throttles the bandwidth for async I/O,
189  * w.r.t. to sync I/O, and it is done to counter the tendency of async
190  * writes to steal I/O throughput to reads.
191  *
192  * The current value of this parameter is the result of a tuning with
193  * several hardware and software configurations. We tried to find the
194  * lowest value for which writes do not cause noticeable problems to
195  * reads. In fact, the lower this parameter, the stabler I/O control,
196  * in the following respect.  The lower this parameter is, the less
197  * the bandwidth enjoyed by a group decreases
198  * - when the group does writes, w.r.t. to when it does reads;
199  * - when other groups do reads, w.r.t. to when they do writes.
200  */
201 static const int bfq_async_charge_factor = 3;
202
203 /* Default timeout values, in jiffies, approximating CFQ defaults. */
204 const int bfq_timeout = HZ / 8;
205
206 /*
207  * Time limit for merging (see comments in bfq_setup_cooperator). Set
208  * to the slowest value that, in our tests, proved to be effective in
209  * removing false positives, while not causing true positives to miss
210  * queue merging.
211  *
212  * As can be deduced from the low time limit below, queue merging, if
213  * successful, happens at the very beginning of the I/O of the involved
214  * cooperating processes, as a consequence of the arrival of the very
215  * first requests from each cooperator.  After that, there is very
216  * little chance to find cooperators.
217  */
218 static const unsigned long bfq_merge_time_limit = HZ/10;
219
220 static struct kmem_cache *bfq_pool;
221
222 /* Below this threshold (in ns), we consider thinktime immediate. */
223 #define BFQ_MIN_TT              (2 * NSEC_PER_MSEC)
224
225 /* hw_tag detection: parallel requests threshold and min samples needed. */
226 #define BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD  3
227 #define BFQ_HW_QUEUE_SAMPLES    32
228
229 #define BFQQ_SEEK_THR           (sector_t)(8 * 100)
230 #define BFQQ_SECT_THR_NONROT    (sector_t)(2 * 32)
231 #define BFQ_RQ_SEEKY(bfqd, last_pos, rq) \
232         (get_sdist(last_pos, rq) >                      \
233          BFQQ_SEEK_THR &&                               \
234          (!blk_queue_nonrot(bfqd->queue) ||             \
235           blk_rq_sectors(rq) < BFQQ_SECT_THR_NONROT))
236 #define BFQQ_CLOSE_THR          (sector_t)(8 * 1024)
237 #define BFQQ_SEEKY(bfqq)        (hweight32(bfqq->seek_history) > 19)
238 /*
239  * Sync random I/O is likely to be confused with soft real-time I/O,
240  * because it is characterized by limited throughput and apparently
241  * isochronous arrival pattern. To avoid false positives, queues
242  * containing only random (seeky) I/O are prevented from being tagged
243  * as soft real-time.
244  */
245 #define BFQQ_TOTALLY_SEEKY(bfqq)        (bfqq->seek_history == -1)
246
247 /* Min number of samples required to perform peak-rate update */
248 #define BFQ_RATE_MIN_SAMPLES    32
249 /* Min observation time interval required to perform a peak-rate update (ns) */
250 #define BFQ_RATE_MIN_INTERVAL   (300*NSEC_PER_MSEC)
251 /* Target observation time interval for a peak-rate update (ns) */
252 #define BFQ_RATE_REF_INTERVAL   NSEC_PER_SEC
253
254 /*
255  * Shift used for peak-rate fixed precision calculations.
256  * With
257  * - the current shift: 16 positions
258  * - the current type used to store rate: u32
259  * - the current unit of measure for rate: [sectors/usec], or, more precisely,
260  *   [(sectors/usec) / 2^BFQ_RATE_SHIFT] to take into account the shift,
261  * the range of rates that can be stored is
262  * [1 / 2^BFQ_RATE_SHIFT, 2^(32 - BFQ_RATE_SHIFT)] sectors/usec =
263  * [1 / 2^16, 2^16] sectors/usec = [15e-6, 65536] sectors/usec =
264  * [15, 65G] sectors/sec
265  * Which, assuming a sector size of 512B, corresponds to a range of
266  * [7.5K, 33T] B/sec
267  */
268 #define BFQ_RATE_SHIFT          16
269
270 /*
271  * When configured for computing the duration of the weight-raising
272  * for interactive queues automatically (see the comments at the
273  * beginning of this file), BFQ does it using the following formula:
274  * duration = (ref_rate / r) * ref_wr_duration,
275  * where r is the peak rate of the device, and ref_rate and
276  * ref_wr_duration are two reference parameters.  In particular,
277  * ref_rate is the peak rate of the reference storage device (see
278  * below), and ref_wr_duration is about the maximum time needed, with
279  * BFQ and while reading two files in parallel, to load typical large
280  * applications on the reference device (see the comments on
281  * max_service_from_wr below, for more details on how ref_wr_duration
282  * is obtained).  In practice, the slower/faster the device at hand
283  * is, the more/less it takes to load applications with respect to the
284  * reference device.  Accordingly, the longer/shorter BFQ grants
285  * weight raising to interactive applications.
286  *
287  * BFQ uses two different reference pairs (ref_rate, ref_wr_duration),
288  * depending on whether the device is rotational or non-rotational.
289  *
290  * In the following definitions, ref_rate[0] and ref_wr_duration[0]
291  * are the reference values for a rotational device, whereas
292  * ref_rate[1] and ref_wr_duration[1] are the reference values for a
293  * non-rotational device. The reference rates are not the actual peak
294  * rates of the devices used as a reference, but slightly lower
295  * values. The reason for using slightly lower values is that the
296  * peak-rate estimator tends to yield slightly lower values than the
297  * actual peak rate (it can yield the actual peak rate only if there
298  * is only one process doing I/O, and the process does sequential
299  * I/O).
300  *
301  * The reference peak rates are measured in sectors/usec, left-shifted
302  * by BFQ_RATE_SHIFT.
303  */
304 static int ref_rate[2] = {14000, 33000};
305 /*
306  * To improve readability, a conversion function is used to initialize
307  * the following array, which entails that the array can be
308  * initialized only in a function.
309  */
310 static int ref_wr_duration[2];
311
312 /*
313  * BFQ uses the above-detailed, time-based weight-raising mechanism to
314  * privilege interactive tasks. This mechanism is vulnerable to the
315  * following false positives: I/O-bound applications that will go on
316  * doing I/O for much longer than the duration of weight
317  * raising. These applications have basically no benefit from being
318  * weight-raised at the beginning of their I/O. On the opposite end,
319  * while being weight-raised, these applications
320  * a) unjustly steal throughput to applications that may actually need
321  * low latency;
322  * b) make BFQ uselessly perform device idling; device idling results
323  * in loss of device throughput with most flash-based storage, and may
324  * increase latencies when used purposelessly.
325  *
326  * BFQ tries to reduce these problems, by adopting the following
327  * countermeasure. To introduce this countermeasure, we need first to
328  * finish explaining how the duration of weight-raising for
329  * interactive tasks is computed.
330  *
331  * For a bfq_queue deemed as interactive, the duration of weight
332  * raising is dynamically adjusted, as a function of the estimated
333  * peak rate of the device, so as to be equal to the time needed to
334  * execute the 'largest' interactive task we benchmarked so far. By
335  * largest task, we mean the task for which each involved process has
336  * to do more I/O than for any of the other tasks we benchmarked. This
337  * reference interactive task is the start-up of LibreOffice Writer,
338  * and in this task each process/bfq_queue needs to have at most ~110K
339  * sectors transferred.
340  *
341  * This last piece of information enables BFQ to reduce the actual
342  * duration of weight-raising for at least one class of I/O-bound
343  * applications: those doing sequential or quasi-sequential I/O. An
344  * example is file copy. In fact, once started, the main I/O-bound
345  * processes of these applications usually consume the above 110K
346  * sectors in much less time than the processes of an application that
347  * is starting, because these I/O-bound processes will greedily devote
348  * almost all their CPU cycles only to their target,
349  * throughput-friendly I/O operations. This is even more true if BFQ
350  * happens to be underestimating the device peak rate, and thus
351  * overestimating the duration of weight raising. But, according to
352  * our measurements, once transferred 110K sectors, these processes
353  * have no right to be weight-raised any longer.
354  *
355  * Basing on the last consideration, BFQ ends weight-raising for a
356  * bfq_queue if the latter happens to have received an amount of
357  * service at least equal to the following constant. The constant is
358  * set to slightly more than 110K, to have a minimum safety margin.
359  *
360  * This early ending of weight-raising reduces the amount of time
361  * during which interactive false positives cause the two problems
362  * described at the beginning of these comments.
363  */
364 static const unsigned long max_service_from_wr = 120000;
365
366 #define RQ_BIC(rq)              icq_to_bic((rq)->elv.priv[0])
367 #define RQ_BFQQ(rq)             ((rq)->elv.priv[1])
368
369 struct bfq_queue *bic_to_bfqq(struct bfq_io_cq *bic, bool is_sync)
370 {
371         return bic->bfqq[is_sync];
372 }
373
374 void bic_set_bfqq(struct bfq_io_cq *bic, struct bfq_queue *bfqq, bool is_sync)
375 {
376         struct bfq_queue *old_bfqq = bic->bfqq[is_sync];
377
378         /* Clear bic pointer if bfqq is detached from this bic */
379         if (old_bfqq && old_bfqq->bic == bic)
380                 old_bfqq->bic = NULL;
381
382         bic->bfqq[is_sync] = bfqq;
383 }
384
385 struct bfq_data *bic_to_bfqd(struct bfq_io_cq *bic)
386 {
387         return bic->icq.q->elevator->elevator_data;
388 }
389
390 /**
391  * icq_to_bic - convert iocontext queue structure to bfq_io_cq.
392  * @icq: the iocontext queue.
393  */
394 static struct bfq_io_cq *icq_to_bic(struct io_cq *icq)
395 {
396         /* bic->icq is the first member, %NULL will convert to %NULL */
397         return container_of(icq, struct bfq_io_cq, icq);
398 }
399
400 /**
401  * bfq_bic_lookup - search into @ioc a bic associated to @bfqd.
402  * @bfqd: the lookup key.
403  * @ioc: the io_context of the process doing I/O.
404  * @q: the request queue.
405  */
406 static struct bfq_io_cq *bfq_bic_lookup(struct bfq_data *bfqd,
407                                         struct io_context *ioc,
408                                         struct request_queue *q)
409 {
410         if (ioc) {
411                 unsigned long flags;
412                 struct bfq_io_cq *icq;
413
414                 spin_lock_irqsave(&q->queue_lock, flags);
415                 icq = icq_to_bic(ioc_lookup_icq(ioc, q));
416                 spin_unlock_irqrestore(&q->queue_lock, flags);
417
418                 return icq;
419         }
420
421         return NULL;
422 }
423
424 /*
425  * Scheduler run of queue, if there are requests pending and no one in the
426  * driver that will restart queueing.
427  */
428 void bfq_schedule_dispatch(struct bfq_data *bfqd)
429 {
430         lockdep_assert_held(&bfqd->lock);
431
432         if (bfqd->queued != 0) {
433                 bfq_log(bfqd, "schedule dispatch");
434                 blk_mq_run_hw_queues(bfqd->queue, true);
435         }
436 }
437
438 #define bfq_class_idle(bfqq)    ((bfqq)->ioprio_class == IOPRIO_CLASS_IDLE)
439
440 #define bfq_sample_valid(samples)       ((samples) > 80)
441
442 /*
443  * Lifted from AS - choose which of rq1 and rq2 that is best served now.
444  * We choose the request that is closer to the head right now.  Distance
445  * behind the head is penalized and only allowed to a certain extent.
446  */
447 static struct request *bfq_choose_req(struct bfq_data *bfqd,
448                                       struct request *rq1,
449                                       struct request *rq2,
450                                       sector_t last)
451 {
452         sector_t s1, s2, d1 = 0, d2 = 0;
453         unsigned long back_max;
454 #define BFQ_RQ1_WRAP    0x01 /* request 1 wraps */
455 #define BFQ_RQ2_WRAP    0x02 /* request 2 wraps */
456         unsigned int wrap = 0; /* bit mask: requests behind the disk head? */
457
458         if (!rq1 || rq1 == rq2)
459                 return rq2;
460         if (!rq2)
461                 return rq1;
462
463         if (rq_is_sync(rq1) && !rq_is_sync(rq2))
464                 return rq1;
465         else if (rq_is_sync(rq2) && !rq_is_sync(rq1))
466                 return rq2;
467         if ((rq1->cmd_flags & REQ_META) && !(rq2->cmd_flags & REQ_META))
468                 return rq1;
469         else if ((rq2->cmd_flags & REQ_META) && !(rq1->cmd_flags & REQ_META))
470                 return rq2;
471
472         s1 = blk_rq_pos(rq1);
473         s2 = blk_rq_pos(rq2);
474
475         /*
476          * By definition, 1KiB is 2 sectors.
477          */
478         back_max = bfqd->bfq_back_max * 2;
479
480         /*
481          * Strict one way elevator _except_ in the case where we allow
482          * short backward seeks which are biased as twice the cost of a
483          * similar forward seek.
484          */
485         if (s1 >= last)
486                 d1 = s1 - last;
487         else if (s1 + back_max >= last)
488                 d1 = (last - s1) * bfqd->bfq_back_penalty;
489         else
490                 wrap |= BFQ_RQ1_WRAP;
491
492         if (s2 >= last)
493                 d2 = s2 - last;
494         else if (s2 + back_max >= last)
495                 d2 = (last - s2) * bfqd->bfq_back_penalty;
496         else
497                 wrap |= BFQ_RQ2_WRAP;
498
499         /* Found required data */
500
501         /*
502          * By doing switch() on the bit mask "wrap" we avoid having to
503          * check two variables for all permutations: --> faster!
504          */
505         switch (wrap) {
506         case 0: /* common case for CFQ: rq1 and rq2 not wrapped */
507                 if (d1 < d2)
508                         return rq1;
509                 else if (d2 < d1)
510                         return rq2;
511
512                 if (s1 >= s2)
513                         return rq1;
514                 else
515                         return rq2;
516
517         case BFQ_RQ2_WRAP:
518                 return rq1;
519         case BFQ_RQ1_WRAP:
520                 return rq2;
521         case BFQ_RQ1_WRAP|BFQ_RQ2_WRAP: /* both rqs wrapped */
522         default:
523                 /*
524                  * Since both rqs are wrapped,
525                  * start with the one that's further behind head
526                  * (--> only *one* back seek required),
527                  * since back seek takes more time than forward.
528                  */
529                 if (s1 <= s2)
530                         return rq1;
531                 else
532                         return rq2;
533         }
534 }
535
536 /*
537  * Async I/O can easily starve sync I/O (both sync reads and sync
538  * writes), by consuming all tags. Similarly, storms of sync writes,
539  * such as those that sync(2) may trigger, can starve sync reads.
540  * Limit depths of async I/O and sync writes so as to counter both
541  * problems.
542  */
543 static void bfq_limit_depth(unsigned int op, struct blk_mq_alloc_data *data)
544 {
545         struct bfq_data *bfqd = data->q->elevator->elevator_data;
546
547         if (op_is_sync(op) && !op_is_write(op))
548                 return;
549
550         data->shallow_depth =
551                 bfqd->word_depths[!!bfqd->wr_busy_queues][op_is_sync(op)];
552
553         bfq_log(bfqd, "[%s] wr_busy %d sync %d depth %u",
554                         __func__, bfqd->wr_busy_queues, op_is_sync(op),
555                         data->shallow_depth);
556 }
557
558 static struct bfq_queue *
559 bfq_rq_pos_tree_lookup(struct bfq_data *bfqd, struct rb_root *root,
560                      sector_t sector, struct rb_node **ret_parent,
561                      struct rb_node ***rb_link)
562 {
563         struct rb_node **p, *parent;
564         struct bfq_queue *bfqq = NULL;
565
566         parent = NULL;
567         p = &root->rb_node;
568         while (*p) {
569                 struct rb_node **n;
570
571                 parent = *p;
572                 bfqq = rb_entry(parent, struct bfq_queue, pos_node);
573
574                 /*
575                  * Sort strictly based on sector. Smallest to the left,
576                  * largest to the right.
577                  */
578                 if (sector > blk_rq_pos(bfqq->next_rq))
579                         n = &(*p)->rb_right;
580                 else if (sector < blk_rq_pos(bfqq->next_rq))
581                         n = &(*p)->rb_left;
582                 else
583                         break;
584                 p = n;
585                 bfqq = NULL;
586         }
587
588         *ret_parent = parent;
589         if (rb_link)
590                 *rb_link = p;
591
592         bfq_log(bfqd, "rq_pos_tree_lookup %llu: returning %d",
593                 (unsigned long long)sector,
594                 bfqq ? bfqq->pid : 0);
595
596         return bfqq;
597 }
598
599 static bool bfq_too_late_for_merging(struct bfq_queue *bfqq)
600 {
601         return bfqq->service_from_backlogged > 0 &&
602                 time_is_before_jiffies(bfqq->first_IO_time +
603                                        bfq_merge_time_limit);
604 }
605
606 /*
607  * The following function is not marked as __cold because it is
608  * actually cold, but for the same performance goal described in the
609  * comments on the likely() at the beginning of
610  * bfq_setup_cooperator(). Unexpectedly, to reach an even lower
611  * execution time for the case where this function is not invoked, we
612  * had to add an unlikely() in each involved if().
613  */
614 void __cold
615 bfq_pos_tree_add_move(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
616 {
617         struct rb_node **p, *parent;
618         struct bfq_queue *__bfqq;
619
620         if (bfqq->pos_root) {
621                 rb_erase(&bfqq->pos_node, bfqq->pos_root);
622                 bfqq->pos_root = NULL;
623         }
624
625         /* oom_bfqq does not participate in queue merging */
626         if (bfqq == &bfqd->oom_bfqq)
627                 return;
628
629         /*
630          * bfqq cannot be merged any longer (see comments in
631          * bfq_setup_cooperator): no point in adding bfqq into the
632          * position tree.
633          */
634         if (bfq_too_late_for_merging(bfqq))
635                 return;
636
637         if (bfq_class_idle(bfqq))
638                 return;
639         if (!bfqq->next_rq)
640                 return;
641
642         bfqq->pos_root = &bfq_bfqq_to_bfqg(bfqq)->rq_pos_tree;
643         __bfqq = bfq_rq_pos_tree_lookup(bfqd, bfqq->pos_root,
644                         blk_rq_pos(bfqq->next_rq), &parent, &p);
645         if (!__bfqq) {
646                 rb_link_node(&bfqq->pos_node, parent, p);
647                 rb_insert_color(&bfqq->pos_node, bfqq->pos_root);
648         } else
649                 bfqq->pos_root = NULL;
650 }
651
652 /*
653  * The following function returns false either if every active queue
654  * must receive the same share of the throughput (symmetric scenario),
655  * or, as a special case, if bfqq must receive a share of the
656  * throughput lower than or equal to the share that every other active
657  * queue must receive.  If bfqq does sync I/O, then these are the only
658  * two cases where bfqq happens to be guaranteed its share of the
659  * throughput even if I/O dispatching is not plugged when bfqq remains
660  * temporarily empty (for more details, see the comments in the
661  * function bfq_better_to_idle()). For this reason, the return value
662  * of this function is used to check whether I/O-dispatch plugging can
663  * be avoided.
664  *
665  * The above first case (symmetric scenario) occurs when:
666  * 1) all active queues have the same weight,
667  * 2) all active queues belong to the same I/O-priority class,
668  * 3) all active groups at the same level in the groups tree have the same
669  *    weight,
670  * 4) all active groups at the same level in the groups tree have the same
671  *    number of children.
672  *
673  * Unfortunately, keeping the necessary state for evaluating exactly
674  * the last two symmetry sub-conditions above would be quite complex
675  * and time consuming. Therefore this function evaluates, instead,
676  * only the following stronger three sub-conditions, for which it is
677  * much easier to maintain the needed state:
678  * 1) all active queues have the same weight,
679  * 2) all active queues belong to the same I/O-priority class,
680  * 3) there are no active groups.
681  * In particular, the last condition is always true if hierarchical
682  * support or the cgroups interface are not enabled, thus no state
683  * needs to be maintained in this case.
684  */
685 static bool bfq_asymmetric_scenario(struct bfq_data *bfqd,
686                                    struct bfq_queue *bfqq)
687 {
688         bool smallest_weight = bfqq &&
689                 bfqq->weight_counter &&
690                 bfqq->weight_counter ==
691                 container_of(
692                         rb_first_cached(&bfqd->queue_weights_tree),
693                         struct bfq_weight_counter,
694                         weights_node);
695
696         /*
697          * For queue weights to differ, queue_weights_tree must contain
698          * at least two nodes.
699          */
700         bool varied_queue_weights = !smallest_weight &&
701                 !RB_EMPTY_ROOT(&bfqd->queue_weights_tree.rb_root) &&
702                 (bfqd->queue_weights_tree.rb_root.rb_node->rb_left ||
703                  bfqd->queue_weights_tree.rb_root.rb_node->rb_right);
704
705         bool multiple_classes_busy =
706                 (bfqd->busy_queues[0] && bfqd->busy_queues[1]) ||
707                 (bfqd->busy_queues[0] && bfqd->busy_queues[2]) ||
708                 (bfqd->busy_queues[1] && bfqd->busy_queues[2]);
709
710         return varied_queue_weights || multiple_classes_busy
711 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
712                || bfqd->num_groups_with_pending_reqs > 0
713 #endif
714                 ;
715 }
716
717 /*
718  * If the weight-counter tree passed as input contains no counter for
719  * the weight of the input queue, then add that counter; otherwise just
720  * increment the existing counter.
721  *
722  * Note that weight-counter trees contain few nodes in mostly symmetric
723  * scenarios. For example, if all queues have the same weight, then the
724  * weight-counter tree for the queues may contain at most one node.
725  * This holds even if low_latency is on, because weight-raised queues
726  * are not inserted in the tree.
727  * In most scenarios, the rate at which nodes are created/destroyed
728  * should be low too.
729  */
730 void bfq_weights_tree_add(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
731                           struct rb_root_cached *root)
732 {
733         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
734         struct rb_node **new = &(root->rb_root.rb_node), *parent = NULL;
735         bool leftmost = true;
736
737         /*
738          * Do not insert if the queue is already associated with a
739          * counter, which happens if:
740          *   1) a request arrival has caused the queue to become both
741          *      non-weight-raised, and hence change its weight, and
742          *      backlogged; in this respect, each of the two events
743          *      causes an invocation of this function,
744          *   2) this is the invocation of this function caused by the
745          *      second event. This second invocation is actually useless,
746          *      and we handle this fact by exiting immediately. More
747          *      efficient or clearer solutions might possibly be adopted.
748          */
749         if (bfqq->weight_counter)
750                 return;
751
752         while (*new) {
753                 struct bfq_weight_counter *__counter = container_of(*new,
754                                                 struct bfq_weight_counter,
755                                                 weights_node);
756                 parent = *new;
757
758                 if (entity->weight == __counter->weight) {
759                         bfqq->weight_counter = __counter;
760                         goto inc_counter;
761                 }
762                 if (entity->weight < __counter->weight)
763                         new = &((*new)->rb_left);
764                 else {
765                         new = &((*new)->rb_right);
766                         leftmost = false;
767                 }
768         }
769
770         bfqq->weight_counter = kzalloc(sizeof(struct bfq_weight_counter),
771                                        GFP_ATOMIC);
772
773         /*
774          * In the unlucky event of an allocation failure, we just
775          * exit. This will cause the weight of queue to not be
776          * considered in bfq_asymmetric_scenario, which, in its turn,
777          * causes the scenario to be deemed wrongly symmetric in case
778          * bfqq's weight would have been the only weight making the
779          * scenario asymmetric.  On the bright side, no unbalance will
780          * however occur when bfqq becomes inactive again (the
781          * invocation of this function is triggered by an activation
782          * of queue).  In fact, bfq_weights_tree_remove does nothing
783          * if !bfqq->weight_counter.
784          */
785         if (unlikely(!bfqq->weight_counter))
786                 return;
787
788         bfqq->weight_counter->weight = entity->weight;
789         rb_link_node(&bfqq->weight_counter->weights_node, parent, new);
790         rb_insert_color_cached(&bfqq->weight_counter->weights_node, root,
791                                 leftmost);
792
793 inc_counter:
794         bfqq->weight_counter->num_active++;
795         bfqq->ref++;
796 }
797
798 /*
799  * Decrement the weight counter associated with the queue, and, if the
800  * counter reaches 0, remove the counter from the tree.
801  * See the comments to the function bfq_weights_tree_add() for considerations
802  * about overhead.
803  */
804 void __bfq_weights_tree_remove(struct bfq_data *bfqd,
805                                struct bfq_queue *bfqq,
806                                struct rb_root_cached *root)
807 {
808         if (!bfqq->weight_counter)
809                 return;
810
811         bfqq->weight_counter->num_active--;
812         if (bfqq->weight_counter->num_active > 0)
813                 goto reset_entity_pointer;
814
815         rb_erase_cached(&bfqq->weight_counter->weights_node, root);
816         kfree(bfqq->weight_counter);
817
818 reset_entity_pointer:
819         bfqq->weight_counter = NULL;
820         bfq_put_queue(bfqq);
821 }
822
823 /*
824  * Invoke __bfq_weights_tree_remove on bfqq and decrement the number
825  * of active groups for each queue's inactive parent entity.
826  */
827 void bfq_weights_tree_remove(struct bfq_data *bfqd,
828                              struct bfq_queue *bfqq)
829 {
830         struct bfq_entity *entity = bfqq->entity.parent;
831
832         for_each_entity(entity) {
833                 struct bfq_sched_data *sd = entity->my_sched_data;
834
835                 if (sd->next_in_service || sd->in_service_entity) {
836                         /*
837                          * entity is still active, because either
838                          * next_in_service or in_service_entity is not
839                          * NULL (see the comments on the definition of
840                          * next_in_service for details on why
841                          * in_service_entity must be checked too).
842                          *
843                          * As a consequence, its parent entities are
844                          * active as well, and thus this loop must
845                          * stop here.
846                          */
847                         break;
848                 }
849
850                 /*
851                  * The decrement of num_groups_with_pending_reqs is
852                  * not performed immediately upon the deactivation of
853                  * entity, but it is delayed to when it also happens
854                  * that the first leaf descendant bfqq of entity gets
855                  * all its pending requests completed. The following
856                  * instructions perform this delayed decrement, if
857                  * needed. See the comments on
858                  * num_groups_with_pending_reqs for details.
859                  */
860                 if (entity->in_groups_with_pending_reqs) {
861                         entity->in_groups_with_pending_reqs = false;
862                         bfqd->num_groups_with_pending_reqs--;
863                 }
864         }
865
866         /*
867          * Next function is invoked last, because it causes bfqq to be
868          * freed if the following holds: bfqq is not in service and
869          * has no dispatched request. DO NOT use bfqq after the next
870          * function invocation.
871          */
872         __bfq_weights_tree_remove(bfqd, bfqq,
873                                   &bfqd->queue_weights_tree);
874 }
875
876 /*
877  * Return expired entry, or NULL to just start from scratch in rbtree.
878  */
879 static struct request *bfq_check_fifo(struct bfq_queue *bfqq,
880                                       struct request *last)
881 {
882         struct request *rq;
883
884         if (bfq_bfqq_fifo_expire(bfqq))
885                 return NULL;
886
887         bfq_mark_bfqq_fifo_expire(bfqq);
888
889         rq = rq_entry_fifo(bfqq->fifo.next);
890
891         if (rq == last || ktime_get_ns() < rq->fifo_time)
892                 return NULL;
893
894         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "check_fifo: returned %p", rq);
895         return rq;
896 }
897
898 static struct request *bfq_find_next_rq(struct bfq_data *bfqd,
899                                         struct bfq_queue *bfqq,
900                                         struct request *last)
901 {
902         struct rb_node *rbnext = rb_next(&last->rb_node);
903         struct rb_node *rbprev = rb_prev(&last->rb_node);
904         struct request *next, *prev = NULL;
905
906         /* Follow expired path, else get first next available. */
907         next = bfq_check_fifo(bfqq, last);
908         if (next)
909                 return next;
910
911         if (rbprev)
912                 prev = rb_entry_rq(rbprev);
913
914         if (rbnext)
915                 next = rb_entry_rq(rbnext);
916         else {
917                 rbnext = rb_first(&bfqq->sort_list);
918                 if (rbnext && rbnext != &last->rb_node)
919                         next = rb_entry_rq(rbnext);
920         }
921
922         return bfq_choose_req(bfqd, next, prev, blk_rq_pos(last));
923 }
924
925 /* see the definition of bfq_async_charge_factor for details */
926 static unsigned long bfq_serv_to_charge(struct request *rq,
927                                         struct bfq_queue *bfqq)
928 {
929         if (bfq_bfqq_sync(bfqq) || bfqq->wr_coeff > 1 ||
930             bfq_asymmetric_scenario(bfqq->bfqd, bfqq))
931                 return blk_rq_sectors(rq);
932
933         return blk_rq_sectors(rq) * bfq_async_charge_factor;
934 }
935
936 /**
937  * bfq_updated_next_req - update the queue after a new next_rq selection.
938  * @bfqd: the device data the queue belongs to.
939  * @bfqq: the queue to update.
940  *
941  * If the first request of a queue changes we make sure that the queue
942  * has enough budget to serve at least its first request (if the
943  * request has grown).  We do this because if the queue has not enough
944  * budget for its first request, it has to go through two dispatch
945  * rounds to actually get it dispatched.
946  */
947 static void bfq_updated_next_req(struct bfq_data *bfqd,
948                                  struct bfq_queue *bfqq)
949 {
950         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
951         struct request *next_rq = bfqq->next_rq;
952         unsigned long new_budget;
953
954         if (!next_rq)
955                 return;
956
957         if (bfqq == bfqd->in_service_queue)
958                 /*
959                  * In order not to break guarantees, budgets cannot be
960                  * changed after an entity has been selected.
961                  */
962                 return;
963
964         new_budget = max_t(unsigned long,
965                            max_t(unsigned long, bfqq->max_budget,
966                                  bfq_serv_to_charge(next_rq, bfqq)),
967                            entity->service);
968         if (entity->budget != new_budget) {
969                 entity->budget = new_budget;
970                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "updated next rq: new budget %lu",
971                                          new_budget);
972                 bfq_requeue_bfqq(bfqd, bfqq, false);
973         }
974 }
975
976 static unsigned int bfq_wr_duration(struct bfq_data *bfqd)
977 {
978         u64 dur;
979
980         if (bfqd->bfq_wr_max_time > 0)
981                 return bfqd->bfq_wr_max_time;
982
983         dur = bfqd->rate_dur_prod;
984         do_div(dur, bfqd->peak_rate);
985
986         /*
987          * Limit duration between 3 and 25 seconds. The upper limit
988          * has been conservatively set after the following worst case:
989          * on a QEMU/KVM virtual machine
990          * - running in a slow PC
991          * - with a virtual disk stacked on a slow low-end 5400rpm HDD
992          * - serving a heavy I/O workload, such as the sequential reading
993          *   of several files
994          * mplayer took 23 seconds to start, if constantly weight-raised.
995          *
996          * As for higher values than that accommodating the above bad
997          * scenario, tests show that higher values would often yield
998          * the opposite of the desired result, i.e., would worsen
999          * responsiveness by allowing non-interactive applications to
1000          * preserve weight raising for too long.
1001          *
1002          * On the other end, lower values than 3 seconds make it
1003          * difficult for most interactive tasks to complete their jobs
1004          * before weight-raising finishes.
1005          */
1006         return clamp_val(dur, msecs_to_jiffies(3000), msecs_to_jiffies(25000));
1007 }
1008
1009 /* switch back from soft real-time to interactive weight raising */
1010 static void switch_back_to_interactive_wr(struct bfq_queue *bfqq,
1011                                           struct bfq_data *bfqd)
1012 {
1013         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
1014         bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
1015         bfqq->last_wr_start_finish = bfqq->wr_start_at_switch_to_srt;
1016 }
1017
1018 static void
1019 bfq_bfqq_resume_state(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_data *bfqd,
1020                       struct bfq_io_cq *bic, bool bfq_already_existing)
1021 {
1022         unsigned int old_wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
1023         bool busy = bfq_already_existing && bfq_bfqq_busy(bfqq);
1024
1025         if (bic->saved_has_short_ttime)
1026                 bfq_mark_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
1027         else
1028                 bfq_clear_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
1029
1030         if (bic->saved_IO_bound)
1031                 bfq_mark_bfqq_IO_bound(bfqq);
1032         else
1033                 bfq_clear_bfqq_IO_bound(bfqq);
1034
1035         bfqq->entity.new_weight = bic->saved_weight;
1036         bfqq->ttime = bic->saved_ttime;
1037         bfqq->wr_coeff = bic->saved_wr_coeff;
1038         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt = bic->saved_wr_start_at_switch_to_srt;
1039         bfqq->last_wr_start_finish = bic->saved_last_wr_start_finish;
1040         bfqq->wr_cur_max_time = bic->saved_wr_cur_max_time;
1041
1042         if (bfqq->wr_coeff > 1 && (bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq) ||
1043             time_is_before_jiffies(bfqq->last_wr_start_finish +
1044                                    bfqq->wr_cur_max_time))) {
1045                 if (bfqq->wr_cur_max_time == bfqd->bfq_wr_rt_max_time &&
1046                     !bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq) &&
1047                     time_is_after_eq_jiffies(bfqq->wr_start_at_switch_to_srt +
1048                                              bfq_wr_duration(bfqd))) {
1049                         switch_back_to_interactive_wr(bfqq, bfqd);
1050                 } else {
1051                         bfqq->wr_coeff = 1;
1052                         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq,
1053                                      "resume state: switching off wr");
1054                 }
1055         }
1056
1057         /* make sure weight will be updated, however we got here */
1058         bfqq->entity.prio_changed = 1;
1059
1060         if (likely(!busy))
1061                 return;
1062
1063         if (old_wr_coeff == 1 && bfqq->wr_coeff > 1)
1064                 bfqd->wr_busy_queues++;
1065         else if (old_wr_coeff > 1 && bfqq->wr_coeff == 1)
1066                 bfqd->wr_busy_queues--;
1067 }
1068
1069 static int bfqq_process_refs(struct bfq_queue *bfqq)
1070 {
1071         return bfqq->ref - bfqq->allocated - bfqq->entity.on_st_or_in_serv -
1072                 (bfqq->weight_counter != NULL);
1073 }
1074
1075 /* Empty burst list and add just bfqq (see comments on bfq_handle_burst) */
1076 static void bfq_reset_burst_list(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
1077 {
1078         struct bfq_queue *item;
1079         struct hlist_node *n;
1080
1081         hlist_for_each_entry_safe(item, n, &bfqd->burst_list, burst_list_node)
1082                 hlist_del_init(&item->burst_list_node);
1083
1084         /*
1085          * Start the creation of a new burst list only if there is no
1086          * active queue. See comments on the conditional invocation of
1087          * bfq_handle_burst().
1088          */
1089         if (bfq_tot_busy_queues(bfqd) == 0) {
1090                 hlist_add_head(&bfqq->burst_list_node, &bfqd->burst_list);
1091                 bfqd->burst_size = 1;
1092         } else
1093                 bfqd->burst_size = 0;
1094
1095         bfqd->burst_parent_entity = bfqq->entity.parent;
1096 }
1097
1098 /* Add bfqq to the list of queues in current burst (see bfq_handle_burst) */
1099 static void bfq_add_to_burst(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
1100 {
1101         /* Increment burst size to take into account also bfqq */
1102         bfqd->burst_size++;
1103
1104         if (bfqd->burst_size == bfqd->bfq_large_burst_thresh) {
1105                 struct bfq_queue *pos, *bfqq_item;
1106                 struct hlist_node *n;
1107
1108                 /*
1109                  * Enough queues have been activated shortly after each
1110                  * other to consider this burst as large.
1111                  */
1112                 bfqd->large_burst = true;
1113
1114                 /*
1115                  * We can now mark all queues in the burst list as
1116                  * belonging to a large burst.
1117                  */
1118                 hlist_for_each_entry(bfqq_item, &bfqd->burst_list,
1119                                      burst_list_node)
1120                         bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq_item);
1121                 bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq);
1122
1123                 /*
1124                  * From now on, and until the current burst finishes, any
1125                  * new queue being activated shortly after the last queue
1126                  * was inserted in the burst can be immediately marked as
1127                  * belonging to a large burst. So the burst list is not
1128                  * needed any more. Remove it.
1129                  */
1130                 hlist_for_each_entry_safe(pos, n, &bfqd->burst_list,
1131                                           burst_list_node)
1132                         hlist_del_init(&pos->burst_list_node);
1133         } else /*
1134                 * Burst not yet large: add bfqq to the burst list. Do
1135                 * not increment the ref counter for bfqq, because bfqq
1136                 * is removed from the burst list before freeing bfqq
1137                 * in put_queue.
1138                 */
1139                 hlist_add_head(&bfqq->burst_list_node, &bfqd->burst_list);
1140 }
1141
1142 /*
1143  * If many queues belonging to the same group happen to be created
1144  * shortly after each other, then the processes associated with these
1145  * queues have typically a common goal. In particular, bursts of queue
1146  * creations are usually caused by services or applications that spawn
1147  * many parallel threads/processes. Examples are systemd during boot,
1148  * or git grep. To help these processes get their job done as soon as
1149  * possible, it is usually better to not grant either weight-raising
1150  * or device idling to their queues, unless these queues must be
1151  * protected from the I/O flowing through other active queues.
1152  *
1153  * In this comment we describe, firstly, the reasons why this fact
1154  * holds, and, secondly, the next function, which implements the main
1155  * steps needed to properly mark these queues so that they can then be
1156  * treated in a different way.
1157  *
1158  * The above services or applications benefit mostly from a high
1159  * throughput: the quicker the requests of the activated queues are
1160  * cumulatively served, the sooner the target job of these queues gets
1161  * completed. As a consequence, weight-raising any of these queues,
1162  * which also implies idling the device for it, is almost always
1163  * counterproductive, unless there are other active queues to isolate
1164  * these new queues from. If there no other active queues, then
1165  * weight-raising these new queues just lowers throughput in most
1166  * cases.
1167  *
1168  * On the other hand, a burst of queue creations may be caused also by
1169  * the start of an application that does not consist of a lot of
1170  * parallel I/O-bound threads. In fact, with a complex application,
1171  * several short processes may need to be executed to start-up the
1172  * application. In this respect, to start an application as quickly as
1173  * possible, the best thing to do is in any case to privilege the I/O
1174  * related to the application with respect to all other
1175  * I/O. Therefore, the best strategy to start as quickly as possible
1176  * an application that causes a burst of queue creations is to
1177  * weight-raise all the queues created during the burst. This is the
1178  * exact opposite of the best strategy for the other type of bursts.
1179  *
1180  * In the end, to take the best action for each of the two cases, the
1181  * two types of bursts need to be distinguished. Fortunately, this
1182  * seems relatively easy, by looking at the sizes of the bursts. In
1183  * particular, we found a threshold such that only bursts with a
1184  * larger size than that threshold are apparently caused by
1185  * services or commands such as systemd or git grep. For brevity,
1186  * hereafter we call just 'large' these bursts. BFQ *does not*
1187  * weight-raise queues whose creation occurs in a large burst. In
1188  * addition, for each of these queues BFQ performs or does not perform
1189  * idling depending on which choice boosts the throughput more. The
1190  * exact choice depends on the device and request pattern at
1191  * hand.
1192  *
1193  * Unfortunately, false positives may occur while an interactive task
1194  * is starting (e.g., an application is being started). The
1195  * consequence is that the queues associated with the task do not
1196  * enjoy weight raising as expected. Fortunately these false positives
1197  * are very rare. They typically occur if some service happens to
1198  * start doing I/O exactly when the interactive task starts.
1199  *
1200  * Turning back to the next function, it is invoked only if there are
1201  * no active queues (apart from active queues that would belong to the
1202  * same, possible burst bfqq would belong to), and it implements all
1203  * the steps needed to detect the occurrence of a large burst and to
1204  * properly mark all the queues belonging to it (so that they can then
1205  * be treated in a different way). This goal is achieved by
1206  * maintaining a "burst list" that holds, temporarily, the queues that
1207  * belong to the burst in progress. The list is then used to mark
1208  * these queues as belonging to a large burst if the burst does become
1209  * large. The main steps are the following.
1210  *
1211  * . when the very first queue is created, the queue is inserted into the
1212  *   list (as it could be the first queue in a possible burst)
1213  *
1214  * . if the current burst has not yet become large, and a queue Q that does
1215  *   not yet belong to the burst is activated shortly after the last time
1216  *   at which a new queue entered the burst list, then the function appends
1217  *   Q to the burst list
1218  *
1219  * . if, as a consequence of the previous step, the burst size reaches
1220  *   the large-burst threshold, then
1221  *
1222  *     . all the queues in the burst list are marked as belonging to a
1223  *       large burst
1224  *
1225  *     . the burst list is deleted; in fact, the burst list already served
1226  *       its purpose (keeping temporarily track of the queues in a burst,
1227  *       so as to be able to mark them as belonging to a large burst in the
1228  *       previous sub-step), and now is not needed any more
1229  *
1230  *     . the device enters a large-burst mode
1231  *
1232  * . if a queue Q that does not belong to the burst is created while
1233  *   the device is in large-burst mode and shortly after the last time
1234  *   at which a queue either entered the burst list or was marked as
1235  *   belonging to the current large burst, then Q is immediately marked
1236  *   as belonging to a large burst.
1237  *
1238  * . if a queue Q that does not belong to the burst is created a while
1239  *   later, i.e., not shortly after, than the last time at which a queue
1240  *   either entered the burst list or was marked as belonging to the
1241  *   current large burst, then the current burst is deemed as finished and:
1242  *
1243  *        . the large-burst mode is reset if set
1244  *
1245  *        . the burst list is emptied
1246  *
1247  *        . Q is inserted in the burst list, as Q may be the first queue
1248  *          in a possible new burst (then the burst list contains just Q
1249  *          after this step).
1250  */
1251 static void bfq_handle_burst(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
1252 {
1253         /*
1254          * If bfqq is already in the burst list or is part of a large
1255          * burst, or finally has just been split, then there is
1256          * nothing else to do.
1257          */
1258         if (!hlist_unhashed(&bfqq->burst_list_node) ||
1259             bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq) ||
1260             time_is_after_eq_jiffies(bfqq->split_time +
1261                                      msecs_to_jiffies(10)))
1262                 return;
1263
1264         /*
1265          * If bfqq's creation happens late enough, or bfqq belongs to
1266          * a different group than the burst group, then the current
1267          * burst is finished, and related data structures must be
1268          * reset.
1269          *
1270          * In this respect, consider the special case where bfqq is
1271          * the very first queue created after BFQ is selected for this
1272          * device. In this case, last_ins_in_burst and
1273          * burst_parent_entity are not yet significant when we get
1274          * here. But it is easy to verify that, whether or not the
1275          * following condition is true, bfqq will end up being
1276          * inserted into the burst list. In particular the list will
1277          * happen to contain only bfqq. And this is exactly what has
1278          * to happen, as bfqq may be the first queue of the first
1279          * burst.
1280          */
1281         if (time_is_before_jiffies(bfqd->last_ins_in_burst +
1282             bfqd->bfq_burst_interval) ||
1283             bfqq->entity.parent != bfqd->burst_parent_entity) {
1284                 bfqd->large_burst = false;
1285                 bfq_reset_burst_list(bfqd, bfqq);
1286                 goto end;
1287         }
1288
1289         /*
1290          * If we get here, then bfqq is being activated shortly after the
1291          * last queue. So, if the current burst is also large, we can mark
1292          * bfqq as belonging to this large burst immediately.
1293          */
1294         if (bfqd->large_burst) {
1295                 bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq);
1296                 goto end;
1297         }
1298
1299         /*
1300          * If we get here, then a large-burst state has not yet been
1301          * reached, but bfqq is being activated shortly after the last
1302          * queue. Then we add bfqq to the burst.
1303          */
1304         bfq_add_to_burst(bfqd, bfqq);
1305 end:
1306         /*
1307          * At this point, bfqq either has been added to the current
1308          * burst or has caused the current burst to terminate and a
1309          * possible new burst to start. In particular, in the second
1310          * case, bfqq has become the first queue in the possible new
1311          * burst.  In both cases last_ins_in_burst needs to be moved
1312          * forward.
1313          */
1314         bfqd->last_ins_in_burst = jiffies;
1315 }
1316
1317 static int bfq_bfqq_budget_left(struct bfq_queue *bfqq)
1318 {
1319         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
1320
1321         return entity->budget - entity->service;
1322 }
1323
1324 /*
1325  * If enough samples have been computed, return the current max budget
1326  * stored in bfqd, which is dynamically updated according to the
1327  * estimated disk peak rate; otherwise return the default max budget
1328  */
1329 static int bfq_max_budget(struct bfq_data *bfqd)
1330 {
1331         if (bfqd->budgets_assigned < bfq_stats_min_budgets)
1332                 return bfq_default_max_budget;
1333         else
1334                 return bfqd->bfq_max_budget;
1335 }
1336
1337 /*
1338  * Return min budget, which is a fraction of the current or default
1339  * max budget (trying with 1/32)
1340  */
1341 static int bfq_min_budget(struct bfq_data *bfqd)
1342 {
1343         if (bfqd->budgets_assigned < bfq_stats_min_budgets)
1344                 return bfq_default_max_budget / 32;
1345         else
1346                 return bfqd->bfq_max_budget / 32;
1347 }
1348
1349 /*
1350  * The next function, invoked after the input queue bfqq switches from
1351  * idle to busy, updates the budget of bfqq. The function also tells
1352  * whether the in-service queue should be expired, by returning
1353  * true. The purpose of expiring the in-service queue is to give bfqq
1354  * the chance to possibly preempt the in-service queue, and the reason
1355  * for preempting the in-service queue is to achieve one of the two
1356  * goals below.
1357  *
1358  * 1. Guarantee to bfqq its reserved bandwidth even if bfqq has
1359  * expired because it has remained idle. In particular, bfqq may have
1360  * expired for one of the following two reasons:
1361  *
1362  * - BFQQE_NO_MORE_REQUESTS bfqq did not enjoy any device idling
1363  *   and did not make it to issue a new request before its last
1364  *   request was served;
1365  *
1366  * - BFQQE_TOO_IDLE bfqq did enjoy device idling, but did not issue
1367  *   a new request before the expiration of the idling-time.
1368  *
1369  * Even if bfqq has expired for one of the above reasons, the process
1370  * associated with the queue may be however issuing requests greedily,
1371  * and thus be sensitive to the bandwidth it receives (bfqq may have
1372  * remained idle for other reasons: CPU high load, bfqq not enjoying
1373  * idling, I/O throttling somewhere in the path from the process to
1374  * the I/O scheduler, ...). But if, after every expiration for one of
1375  * the above two reasons, bfqq has to wait for the service of at least
1376  * one full budget of another queue before being served again, then
1377  * bfqq is likely to get a much lower bandwidth or resource time than
1378  * its reserved ones. To address this issue, two countermeasures need
1379  * to be taken.
1380  *
1381  * First, the budget and the timestamps of bfqq need to be updated in
1382  * a special way on bfqq reactivation: they need to be updated as if
1383  * bfqq did not remain idle and did not expire. In fact, if they are
1384  * computed as if bfqq expired and remained idle until reactivation,
1385  * then the process associated with bfqq is treated as if, instead of
1386  * being greedy, it stopped issuing requests when bfqq remained idle,
1387  * and restarts issuing requests only on this reactivation. In other
1388  * words, the scheduler does not help the process recover the "service
1389  * hole" between bfqq expiration and reactivation. As a consequence,
1390  * the process receives a lower bandwidth than its reserved one. In
1391  * contrast, to recover this hole, the budget must be updated as if
1392  * bfqq was not expired at all before this reactivation, i.e., it must
1393  * be set to the value of the remaining budget when bfqq was
1394  * expired. Along the same line, timestamps need to be assigned the
1395  * value they had the last time bfqq was selected for service, i.e.,
1396  * before last expiration. Thus timestamps need to be back-shifted
1397  * with respect to their normal computation (see [1] for more details
1398  * on this tricky aspect).
1399  *
1400  * Secondly, to allow the process to recover the hole, the in-service
1401  * queue must be expired too, to give bfqq the chance to preempt it
1402  * immediately. In fact, if bfqq has to wait for a full budget of the
1403  * in-service queue to be completed, then it may become impossible to
1404  * let the process recover the hole, even if the back-shifted
1405  * timestamps of bfqq are lower than those of the in-service queue. If
1406  * this happens for most or all of the holes, then the process may not
1407  * receive its reserved bandwidth. In this respect, it is worth noting
1408  * that, being the service of outstanding requests unpreemptible, a
1409  * little fraction of the holes may however be unrecoverable, thereby
1410  * causing a little loss of bandwidth.
1411  *
1412  * The last important point is detecting whether bfqq does need this
1413  * bandwidth recovery. In this respect, the next function deems the
1414  * process associated with bfqq greedy, and thus allows it to recover
1415  * the hole, if: 1) the process is waiting for the arrival of a new
1416  * request (which implies that bfqq expired for one of the above two
1417  * reasons), and 2) such a request has arrived soon. The first
1418  * condition is controlled through the flag non_blocking_wait_rq,
1419  * while the second through the flag arrived_in_time. If both
1420  * conditions hold, then the function computes the budget in the
1421  * above-described special way, and signals that the in-service queue
1422  * should be expired. Timestamp back-shifting is done later in
1423  * __bfq_activate_entity.
1424  *
1425  * 2. Reduce latency. Even if timestamps are not backshifted to let
1426  * the process associated with bfqq recover a service hole, bfqq may
1427  * however happen to have, after being (re)activated, a lower finish
1428  * timestamp than the in-service queue.  That is, the next budget of
1429  * bfqq may have to be completed before the one of the in-service
1430  * queue. If this is the case, then preempting the in-service queue
1431  * allows this goal to be achieved, apart from the unpreemptible,
1432  * outstanding requests mentioned above.
1433  *
1434  * Unfortunately, regardless of which of the above two goals one wants
1435  * to achieve, service trees need first to be updated to know whether
1436  * the in-service queue must be preempted. To have service trees
1437  * correctly updated, the in-service queue must be expired and
1438  * rescheduled, and bfqq must be scheduled too. This is one of the
1439  * most costly operations (in future versions, the scheduling
1440  * mechanism may be re-designed in such a way to make it possible to
1441  * know whether preemption is needed without needing to update service
1442  * trees). In addition, queue preemptions almost always cause random
1443  * I/O, which may in turn cause loss of throughput. Finally, there may
1444  * even be no in-service queue when the next function is invoked (so,
1445  * no queue to compare timestamps with). Because of these facts, the
1446  * next function adopts the following simple scheme to avoid costly
1447  * operations, too frequent preemptions and too many dependencies on
1448  * the state of the scheduler: it requests the expiration of the
1449  * in-service queue (unconditionally) only for queues that need to
1450  * recover a hole. Then it delegates to other parts of the code the
1451  * responsibility of handling the above case 2.
1452  */
1453 static bool bfq_bfqq_update_budg_for_activation(struct bfq_data *bfqd,
1454                                                 struct bfq_queue *bfqq,
1455                                                 bool arrived_in_time)
1456 {
1457         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
1458
1459         /*
1460          * In the next compound condition, we check also whether there
1461          * is some budget left, because otherwise there is no point in
1462          * trying to go on serving bfqq with this same budget: bfqq
1463          * would be expired immediately after being selected for
1464          * service. This would only cause useless overhead.
1465          */
1466         if (bfq_bfqq_non_blocking_wait_rq(bfqq) && arrived_in_time &&
1467             bfq_bfqq_budget_left(bfqq) > 0) {
1468                 /*
1469                  * We do not clear the flag non_blocking_wait_rq here, as
1470                  * the latter is used in bfq_activate_bfqq to signal
1471                  * that timestamps need to be back-shifted (and is
1472                  * cleared right after).
1473                  */
1474
1475                 /*
1476                  * In next assignment we rely on that either
1477                  * entity->service or entity->budget are not updated
1478                  * on expiration if bfqq is empty (see
1479                  * __bfq_bfqq_recalc_budget). Thus both quantities
1480                  * remain unchanged after such an expiration, and the
1481                  * following statement therefore assigns to
1482                  * entity->budget the remaining budget on such an
1483                  * expiration.
1484                  */
1485                 entity->budget = min_t(unsigned long,
1486                                        bfq_bfqq_budget_left(bfqq),
1487                                        bfqq->max_budget);
1488
1489                 /*
1490                  * At this point, we have used entity->service to get
1491                  * the budget left (needed for updating
1492                  * entity->budget). Thus we finally can, and have to,
1493                  * reset entity->service. The latter must be reset
1494                  * because bfqq would otherwise be charged again for
1495                  * the service it has received during its previous
1496                  * service slot(s).
1497                  */
1498                 entity->service = 0;
1499
1500                 return true;
1501         }
1502
1503         /*
1504          * We can finally complete expiration, by setting service to 0.
1505          */
1506         entity->service = 0;
1507         entity->budget = max_t(unsigned long, bfqq->max_budget,
1508                                bfq_serv_to_charge(bfqq->next_rq, bfqq));
1509         bfq_clear_bfqq_non_blocking_wait_rq(bfqq);
1510         return false;
1511 }
1512
1513 /*
1514  * Return the farthest past time instant according to jiffies
1515  * macros.
1516  */
1517 static unsigned long bfq_smallest_from_now(void)
1518 {
1519         return jiffies - MAX_JIFFY_OFFSET;
1520 }
1521
1522 static void bfq_update_bfqq_wr_on_rq_arrival(struct bfq_data *bfqd,
1523                                              struct bfq_queue *bfqq,
1524                                              unsigned int old_wr_coeff,
1525                                              bool wr_or_deserves_wr,
1526                                              bool interactive,
1527                                              bool in_burst,
1528                                              bool soft_rt)
1529 {
1530         if (old_wr_coeff == 1 && wr_or_deserves_wr) {
1531                 /* start a weight-raising period */
1532                 if (interactive) {
1533                         bfqq->service_from_wr = 0;
1534                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
1535                         bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
1536                 } else {
1537                         /*
1538                          * No interactive weight raising in progress
1539                          * here: assign minus infinity to
1540                          * wr_start_at_switch_to_srt, to make sure
1541                          * that, at the end of the soft-real-time
1542                          * weight raising periods that is starting
1543                          * now, no interactive weight-raising period
1544                          * may be wrongly considered as still in
1545                          * progress (and thus actually started by
1546                          * mistake).
1547                          */
1548                         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt =
1549                                 bfq_smallest_from_now();
1550                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff *
1551                                 BFQ_SOFTRT_WEIGHT_FACTOR;
1552                         bfqq->wr_cur_max_time =
1553                                 bfqd->bfq_wr_rt_max_time;
1554                 }
1555
1556                 /*
1557                  * If needed, further reduce budget to make sure it is
1558                  * close to bfqq's backlog, so as to reduce the
1559                  * scheduling-error component due to a too large
1560                  * budget. Do not care about throughput consequences,
1561                  * but only about latency. Finally, do not assign a
1562                  * too small budget either, to avoid increasing
1563                  * latency by causing too frequent expirations.
1564                  */
1565                 bfqq->entity.budget = min_t(unsigned long,
1566                                             bfqq->entity.budget,
1567                                             2 * bfq_min_budget(bfqd));
1568         } else if (old_wr_coeff > 1) {
1569                 if (interactive) { /* update wr coeff and duration */
1570                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
1571                         bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
1572                 } else if (in_burst)
1573                         bfqq->wr_coeff = 1;
1574                 else if (soft_rt) {
1575                         /*
1576                          * The application is now or still meeting the
1577                          * requirements for being deemed soft rt.  We
1578                          * can then correctly and safely (re)charge
1579                          * the weight-raising duration for the
1580                          * application with the weight-raising
1581                          * duration for soft rt applications.
1582                          *
1583                          * In particular, doing this recharge now, i.e.,
1584                          * before the weight-raising period for the
1585                          * application finishes, reduces the probability
1586                          * of the following negative scenario:
1587                          * 1) the weight of a soft rt application is
1588                          *    raised at startup (as for any newly
1589                          *    created application),
1590                          * 2) since the application is not interactive,
1591                          *    at a certain time weight-raising is
1592                          *    stopped for the application,
1593                          * 3) at that time the application happens to
1594                          *    still have pending requests, and hence
1595                          *    is destined to not have a chance to be
1596                          *    deemed soft rt before these requests are
1597                          *    completed (see the comments to the
1598                          *    function bfq_bfqq_softrt_next_start()
1599                          *    for details on soft rt detection),
1600                          * 4) these pending requests experience a high
1601                          *    latency because the application is not
1602                          *    weight-raised while they are pending.
1603                          */
1604                         if (bfqq->wr_cur_max_time !=
1605                                 bfqd->bfq_wr_rt_max_time) {
1606                                 bfqq->wr_start_at_switch_to_srt =
1607                                         bfqq->last_wr_start_finish;
1608
1609                                 bfqq->wr_cur_max_time =
1610                                         bfqd->bfq_wr_rt_max_time;
1611                                 bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff *
1612                                         BFQ_SOFTRT_WEIGHT_FACTOR;
1613                         }
1614                         bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
1615                 }
1616         }
1617 }
1618
1619 static bool bfq_bfqq_idle_for_long_time(struct bfq_data *bfqd,
1620                                         struct bfq_queue *bfqq)
1621 {
1622         return bfqq->dispatched == 0 &&
1623                 time_is_before_jiffies(
1624                         bfqq->budget_timeout +
1625                         bfqd->bfq_wr_min_idle_time);
1626 }
1627
1628
1629 /*
1630  * Return true if bfqq is in a higher priority class, or has a higher
1631  * weight than the in-service queue.
1632  */
1633 static bool bfq_bfqq_higher_class_or_weight(struct bfq_queue *bfqq,
1634                                             struct bfq_queue *in_serv_bfqq)
1635 {
1636         int bfqq_weight, in_serv_weight;
1637
1638         if (bfqq->ioprio_class < in_serv_bfqq->ioprio_class)
1639                 return true;
1640
1641         if (in_serv_bfqq->entity.parent == bfqq->entity.parent) {
1642                 bfqq_weight = bfqq->entity.weight;
1643                 in_serv_weight = in_serv_bfqq->entity.weight;
1644         } else {
1645                 if (bfqq->entity.parent)
1646                         bfqq_weight = bfqq->entity.parent->weight;
1647                 else
1648                         bfqq_weight = bfqq->entity.weight;
1649                 if (in_serv_bfqq->entity.parent)
1650                         in_serv_weight = in_serv_bfqq->entity.parent->weight;
1651                 else
1652                         in_serv_weight = in_serv_bfqq->entity.weight;
1653         }
1654
1655         return bfqq_weight > in_serv_weight;
1656 }
1657
1658 static void bfq_bfqq_handle_idle_busy_switch(struct bfq_data *bfqd,
1659                                              struct bfq_queue *bfqq,
1660                                              int old_wr_coeff,
1661                                              struct request *rq,
1662                                              bool *interactive)
1663 {
1664         bool soft_rt, in_burst, wr_or_deserves_wr,
1665                 bfqq_wants_to_preempt,
1666                 idle_for_long_time = bfq_bfqq_idle_for_long_time(bfqd, bfqq),
1667                 /*
1668                  * See the comments on
1669                  * bfq_bfqq_update_budg_for_activation for
1670                  * details on the usage of the next variable.
1671                  */
1672                 arrived_in_time =  ktime_get_ns() <=
1673                         bfqq->ttime.last_end_request +
1674                         bfqd->bfq_slice_idle * 3;
1675
1676
1677         /*
1678          * bfqq deserves to be weight-raised if:
1679          * - it is sync,
1680          * - it does not belong to a large burst,
1681          * - it has been idle for enough time or is soft real-time,
1682          * - is linked to a bfq_io_cq (it is not shared in any sense).
1683          */
1684         in_burst = bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq);
1685         soft_rt = bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate > 0 &&
1686                 !BFQQ_TOTALLY_SEEKY(bfqq) &&
1687                 !in_burst &&
1688                 time_is_before_jiffies(bfqq->soft_rt_next_start) &&
1689                 bfqq->dispatched == 0;
1690         *interactive = !in_burst && idle_for_long_time;
1691         wr_or_deserves_wr = bfqd->low_latency &&
1692                 (bfqq->wr_coeff > 1 ||
1693                  (bfq_bfqq_sync(bfqq) &&
1694                   bfqq->bic && (*interactive || soft_rt)));
1695
1696         /*
1697          * Using the last flag, update budget and check whether bfqq
1698          * may want to preempt the in-service queue.
1699          */
1700         bfqq_wants_to_preempt =
1701                 bfq_bfqq_update_budg_for_activation(bfqd, bfqq,
1702                                                     arrived_in_time);
1703
1704         /*
1705          * If bfqq happened to be activated in a burst, but has been
1706          * idle for much more than an interactive queue, then we
1707          * assume that, in the overall I/O initiated in the burst, the
1708          * I/O associated with bfqq is finished. So bfqq does not need
1709          * to be treated as a queue belonging to a burst
1710          * anymore. Accordingly, we reset bfqq's in_large_burst flag
1711          * if set, and remove bfqq from the burst list if it's
1712          * there. We do not decrement burst_size, because the fact
1713          * that bfqq does not need to belong to the burst list any
1714          * more does not invalidate the fact that bfqq was created in
1715          * a burst.
1716          */
1717         if (likely(!bfq_bfqq_just_created(bfqq)) &&
1718             idle_for_long_time &&
1719             time_is_before_jiffies(
1720                     bfqq->budget_timeout +
1721                     msecs_to_jiffies(10000))) {
1722                 hlist_del_init(&bfqq->burst_list_node);
1723                 bfq_clear_bfqq_in_large_burst(bfqq);
1724         }
1725
1726         bfq_clear_bfqq_just_created(bfqq);
1727
1728
1729         if (!bfq_bfqq_IO_bound(bfqq)) {
1730                 if (arrived_in_time) {
1731                         bfqq->requests_within_timer++;
1732                         if (bfqq->requests_within_timer >=
1733                             bfqd->bfq_requests_within_timer)
1734                                 bfq_mark_bfqq_IO_bound(bfqq);
1735                 } else
1736                         bfqq->requests_within_timer = 0;
1737         }
1738
1739         if (bfqd->low_latency) {
1740                 if (unlikely(time_is_after_jiffies(bfqq->split_time)))
1741                         /* wraparound */
1742                         bfqq->split_time =
1743                                 jiffies - bfqd->bfq_wr_min_idle_time - 1;
1744
1745                 if (time_is_before_jiffies(bfqq->split_time +
1746                                            bfqd->bfq_wr_min_idle_time)) {
1747                         bfq_update_bfqq_wr_on_rq_arrival(bfqd, bfqq,
1748                                                          old_wr_coeff,
1749                                                          wr_or_deserves_wr,
1750                                                          *interactive,
1751                                                          in_burst,
1752                                                          soft_rt);
1753
1754                         if (old_wr_coeff != bfqq->wr_coeff)
1755                                 bfqq->entity.prio_changed = 1;
1756                 }
1757         }
1758
1759         bfqq->last_idle_bklogged = jiffies;
1760         bfqq->service_from_backlogged = 0;
1761         bfq_clear_bfqq_softrt_update(bfqq);
1762
1763         bfq_add_bfqq_busy(bfqd, bfqq);
1764
1765         /*
1766          * Expire in-service queue only if preemption may be needed
1767          * for guarantees. In particular, we care only about two
1768          * cases. The first is that bfqq has to recover a service
1769          * hole, as explained in the comments on
1770          * bfq_bfqq_update_budg_for_activation(), i.e., that
1771          * bfqq_wants_to_preempt is true. However, if bfqq does not
1772          * carry time-critical I/O, then bfqq's bandwidth is less
1773          * important than that of queues that carry time-critical I/O.
1774          * So, as a further constraint, we consider this case only if
1775          * bfqq is at least as weight-raised, i.e., at least as time
1776          * critical, as the in-service queue.
1777          *
1778          * The second case is that bfqq is in a higher priority class,
1779          * or has a higher weight than the in-service queue. If this
1780          * condition does not hold, we don't care because, even if
1781          * bfqq does not start to be served immediately, the resulting
1782          * delay for bfqq's I/O is however lower or much lower than
1783          * the ideal completion time to be guaranteed to bfqq's I/O.
1784          *
1785          * In both cases, preemption is needed only if, according to
1786          * the timestamps of both bfqq and of the in-service queue,
1787          * bfqq actually is the next queue to serve. So, to reduce
1788          * useless preemptions, the return value of
1789          * next_queue_may_preempt() is considered in the next compound
1790          * condition too. Yet next_queue_may_preempt() just checks a
1791          * simple, necessary condition for bfqq to be the next queue
1792          * to serve. In fact, to evaluate a sufficient condition, the
1793          * timestamps of the in-service queue would need to be
1794          * updated, and this operation is quite costly (see the
1795          * comments on bfq_bfqq_update_budg_for_activation()).
1796          */
1797         if (bfqd->in_service_queue &&
1798             ((bfqq_wants_to_preempt &&
1799               bfqq->wr_coeff >= bfqd->in_service_queue->wr_coeff) ||
1800              bfq_bfqq_higher_class_or_weight(bfqq, bfqd->in_service_queue)) &&
1801             next_queue_may_preempt(bfqd))
1802                 bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqd->in_service_queue,
1803                                 false, BFQQE_PREEMPTED);
1804 }
1805
1806 static void bfq_reset_inject_limit(struct bfq_data *bfqd,
1807                                    struct bfq_queue *bfqq)
1808 {
1809         /* invalidate baseline total service time */
1810         bfqq->last_serv_time_ns = 0;
1811
1812         /*
1813          * Reset pointer in case we are waiting for
1814          * some request completion.
1815          */
1816         bfqd->waited_rq = NULL;
1817
1818         /*
1819          * If bfqq has a short think time, then start by setting the
1820          * inject limit to 0 prudentially, because the service time of
1821          * an injected I/O request may be higher than the think time
1822          * of bfqq, and therefore, if one request was injected when
1823          * bfqq remains empty, this injected request might delay the
1824          * service of the next I/O request for bfqq significantly. In
1825          * case bfqq can actually tolerate some injection, then the
1826          * adaptive update will however raise the limit soon. This
1827          * lucky circumstance holds exactly because bfqq has a short
1828          * think time, and thus, after remaining empty, is likely to
1829          * get new I/O enqueued---and then completed---before being
1830          * expired. This is the very pattern that gives the
1831          * limit-update algorithm the chance to measure the effect of
1832          * injection on request service times, and then to update the
1833          * limit accordingly.
1834          *
1835          * However, in the following special case, the inject limit is
1836          * left to 1 even if the think time is short: bfqq's I/O is
1837          * synchronized with that of some other queue, i.e., bfqq may
1838          * receive new I/O only after the I/O of the other queue is
1839          * completed. Keeping the inject limit to 1 allows the
1840          * blocking I/O to be served while bfqq is in service. And
1841          * this is very convenient both for bfqq and for overall
1842          * throughput, as explained in detail in the comments in
1843          * bfq_update_has_short_ttime().
1844          *
1845          * On the opposite end, if bfqq has a long think time, then
1846          * start directly by 1, because:
1847          * a) on the bright side, keeping at most one request in
1848          * service in the drive is unlikely to cause any harm to the
1849          * latency of bfqq's requests, as the service time of a single
1850          * request is likely to be lower than the think time of bfqq;
1851          * b) on the downside, after becoming empty, bfqq is likely to
1852          * expire before getting its next request. With this request
1853          * arrival pattern, it is very hard to sample total service
1854          * times and update the inject limit accordingly (see comments
1855          * on bfq_update_inject_limit()). So the limit is likely to be
1856          * never, or at least seldom, updated.  As a consequence, by
1857          * setting the limit to 1, we avoid that no injection ever
1858          * occurs with bfqq. On the downside, this proactive step
1859          * further reduces chances to actually compute the baseline
1860          * total service time. Thus it reduces chances to execute the
1861          * limit-update algorithm and possibly raise the limit to more
1862          * than 1.
1863          */
1864         if (bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq))
1865                 bfqq->inject_limit = 0;
1866         else
1867                 bfqq->inject_limit = 1;
1868
1869         bfqq->decrease_time_jif = jiffies;
1870 }
1871
1872 static void bfq_add_request(struct request *rq)
1873 {
1874         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
1875         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
1876         struct request *next_rq, *prev;
1877         unsigned int old_wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
1878         bool interactive = false;
1879
1880         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "add_request %d", rq_is_sync(rq));
1881         bfqq->queued[rq_is_sync(rq)]++;
1882         bfqd->queued++;
1883
1884         if (RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) && bfq_bfqq_sync(bfqq)) {
1885                 /*
1886                  * Detect whether bfqq's I/O seems synchronized with
1887                  * that of some other queue, i.e., whether bfqq, after
1888                  * remaining empty, happens to receive new I/O only
1889                  * right after some I/O request of the other queue has
1890                  * been completed. We call waker queue the other
1891                  * queue, and we assume, for simplicity, that bfqq may
1892                  * have at most one waker queue.
1893                  *
1894                  * A remarkable throughput boost can be reached by
1895                  * unconditionally injecting the I/O of the waker
1896                  * queue, every time a new bfq_dispatch_request
1897                  * happens to be invoked while I/O is being plugged
1898                  * for bfqq.  In addition to boosting throughput, this
1899                  * unblocks bfqq's I/O, thereby improving bandwidth
1900                  * and latency for bfqq. Note that these same results
1901                  * may be achieved with the general injection
1902                  * mechanism, but less effectively. For details on
1903                  * this aspect, see the comments on the choice of the
1904                  * queue for injection in bfq_select_queue().
1905                  *
1906                  * Turning back to the detection of a waker queue, a
1907                  * queue Q is deemed as a waker queue for bfqq if, for
1908                  * two consecutive times, bfqq happens to become non
1909                  * empty right after a request of Q has been
1910                  * completed. In particular, on the first time, Q is
1911                  * tentatively set as a candidate waker queue, while
1912                  * on the second time, the flag
1913                  * bfq_bfqq_has_waker(bfqq) is set to confirm that Q
1914                  * is a waker queue for bfqq. These detection steps
1915                  * are performed only if bfqq has a long think time,
1916                  * so as to make it more likely that bfqq's I/O is
1917                  * actually being blocked by a synchronization. This
1918                  * last filter, plus the above two-times requirement,
1919                  * make false positives less likely.
1920                  *
1921                  * NOTE
1922                  *
1923                  * The sooner a waker queue is detected, the sooner
1924                  * throughput can be boosted by injecting I/O from the
1925                  * waker queue. Fortunately, detection is likely to be
1926                  * actually fast, for the following reasons. While
1927                  * blocked by synchronization, bfqq has a long think
1928                  * time. This implies that bfqq's inject limit is at
1929                  * least equal to 1 (see the comments in
1930                  * bfq_update_inject_limit()). So, thanks to
1931                  * injection, the waker queue is likely to be served
1932                  * during the very first I/O-plugging time interval
1933                  * for bfqq. This triggers the first step of the
1934                  * detection mechanism. Thanks again to injection, the
1935                  * candidate waker queue is then likely to be
1936                  * confirmed no later than during the next
1937                  * I/O-plugging interval for bfqq.
1938                  */
1939                 if (bfqd->last_completed_rq_bfqq &&
1940                     !bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq) &&
1941                     ktime_get_ns() - bfqd->last_completion <
1942                     200 * NSEC_PER_USEC) {
1943                         if (bfqd->last_completed_rq_bfqq != bfqq &&
1944                             bfqd->last_completed_rq_bfqq !=
1945                             bfqq->waker_bfqq) {
1946                                 /*
1947                                  * First synchronization detected with
1948                                  * a candidate waker queue, or with a
1949                                  * different candidate waker queue
1950                                  * from the current one.
1951                                  */
1952                                 bfqq->waker_bfqq = bfqd->last_completed_rq_bfqq;
1953
1954                                 /*
1955                                  * If the waker queue disappears, then
1956                                  * bfqq->waker_bfqq must be reset. To
1957                                  * this goal, we maintain in each
1958                                  * waker queue a list, woken_list, of
1959                                  * all the queues that reference the
1960                                  * waker queue through their
1961                                  * waker_bfqq pointer. When the waker
1962                                  * queue exits, the waker_bfqq pointer
1963                                  * of all the queues in the woken_list
1964                                  * is reset.
1965                                  *
1966                                  * In addition, if bfqq is already in
1967                                  * the woken_list of a waker queue,
1968                                  * then, before being inserted into
1969                                  * the woken_list of a new waker
1970                                  * queue, bfqq must be removed from
1971                                  * the woken_list of the old waker
1972                                  * queue.
1973                                  */
1974                                 if (!hlist_unhashed(&bfqq->woken_list_node))
1975                                         hlist_del_init(&bfqq->woken_list_node);
1976                                 hlist_add_head(&bfqq->woken_list_node,
1977                                     &bfqd->last_completed_rq_bfqq->woken_list);
1978
1979                                 bfq_clear_bfqq_has_waker(bfqq);
1980                         } else if (bfqd->last_completed_rq_bfqq ==
1981                                    bfqq->waker_bfqq &&
1982                                    !bfq_bfqq_has_waker(bfqq)) {
1983                                 /*
1984                                  * synchronization with waker_bfqq
1985                                  * seen for the second time
1986                                  */
1987                                 bfq_mark_bfqq_has_waker(bfqq);
1988                         }
1989                 }
1990
1991                 /*
1992                  * Periodically reset inject limit, to make sure that
1993                  * the latter eventually drops in case workload
1994                  * changes, see step (3) in the comments on
1995                  * bfq_update_inject_limit().
1996                  */
1997                 if (time_is_before_eq_jiffies(bfqq->decrease_time_jif +
1998                                              msecs_to_jiffies(1000)))
1999                         bfq_reset_inject_limit(bfqd, bfqq);
2000
2001                 /*
2002                  * The following conditions must hold to setup a new
2003                  * sampling of total service time, and then a new
2004                  * update of the inject limit:
2005                  * - bfqq is in service, because the total service
2006                  *   time is evaluated only for the I/O requests of
2007                  *   the queues in service;
2008                  * - this is the right occasion to compute or to
2009                  *   lower the baseline total service time, because
2010                  *   there are actually no requests in the drive,
2011                  *   or
2012                  *   the baseline total service time is available, and
2013                  *   this is the right occasion to compute the other
2014                  *   quantity needed to update the inject limit, i.e.,
2015                  *   the total service time caused by the amount of
2016                  *   injection allowed by the current value of the
2017                  *   limit. It is the right occasion because injection
2018                  *   has actually been performed during the service
2019                  *   hole, and there are still in-flight requests,
2020                  *   which are very likely to be exactly the injected
2021                  *   requests, or part of them;
2022                  * - the minimum interval for sampling the total
2023                  *   service time and updating the inject limit has
2024                  *   elapsed.
2025                  */
2026                 if (bfqq == bfqd->in_service_queue &&
2027                     (bfqd->rq_in_driver == 0 ||
2028                      (bfqq->last_serv_time_ns > 0 &&
2029                       bfqd->rqs_injected && bfqd->rq_in_driver > 0)) &&
2030                     time_is_before_eq_jiffies(bfqq->decrease_time_jif +
2031                                               msecs_to_jiffies(10))) {
2032                         bfqd->last_empty_occupied_ns = ktime_get_ns();
2033                         /*
2034                          * Start the state machine for measuring the
2035                          * total service time of rq: setting
2036                          * wait_dispatch will cause bfqd->waited_rq to
2037                          * be set when rq will be dispatched.
2038                          */
2039                         bfqd->wait_dispatch = true;
2040                         /*
2041                          * If there is no I/O in service in the drive,
2042                          * then possible injection occurred before the
2043                          * arrival of rq will not affect the total
2044                          * service time of rq. So the injection limit
2045                          * must not be updated as a function of such
2046                          * total service time, unless new injection
2047                          * occurs before rq is completed. To have the
2048                          * injection limit updated only in the latter
2049                          * case, reset rqs_injected here (rqs_injected
2050                          * will be set in case injection is performed
2051                          * on bfqq before rq is completed).
2052                          */
2053                         if (bfqd->rq_in_driver == 0)
2054                                 bfqd->rqs_injected = false;
2055                 }
2056         }
2057
2058         elv_rb_add(&bfqq->sort_list, rq);
2059
2060         /*
2061          * Check if this request is a better next-serve candidate.
2062          */
2063         prev = bfqq->next_rq;
2064         next_rq = bfq_choose_req(bfqd, bfqq->next_rq, rq, bfqd->last_position);
2065         bfqq->next_rq = next_rq;
2066
2067         /*
2068          * Adjust priority tree position, if next_rq changes.
2069          * See comments on bfq_pos_tree_add_move() for the unlikely().
2070          */
2071         if (unlikely(!bfqd->nonrot_with_queueing && prev != bfqq->next_rq))
2072                 bfq_pos_tree_add_move(bfqd, bfqq);
2073
2074         if (!bfq_bfqq_busy(bfqq)) /* switching to busy ... */
2075                 bfq_bfqq_handle_idle_busy_switch(bfqd, bfqq, old_wr_coeff,
2076                                                  rq, &interactive);
2077         else {
2078                 if (bfqd->low_latency && old_wr_coeff == 1 && !rq_is_sync(rq) &&
2079                     time_is_before_jiffies(
2080                                 bfqq->last_wr_start_finish +
2081                                 bfqd->bfq_wr_min_inter_arr_async)) {
2082                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
2083                         bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
2084
2085                         bfqd->wr_busy_queues++;
2086                         bfqq->entity.prio_changed = 1;
2087                 }
2088                 if (prev != bfqq->next_rq)
2089                         bfq_updated_next_req(bfqd, bfqq);
2090         }
2091
2092         /*
2093          * Assign jiffies to last_wr_start_finish in the following
2094          * cases:
2095          *
2096          * . if bfqq is not going to be weight-raised, because, for
2097          *   non weight-raised queues, last_wr_start_finish stores the
2098          *   arrival time of the last request; as of now, this piece
2099          *   of information is used only for deciding whether to
2100          *   weight-raise async queues
2101          *
2102          * . if bfqq is not weight-raised, because, if bfqq is now
2103          *   switching to weight-raised, then last_wr_start_finish
2104          *   stores the time when weight-raising starts
2105          *
2106          * . if bfqq is interactive, because, regardless of whether
2107          *   bfqq is currently weight-raised, the weight-raising
2108          *   period must start or restart (this case is considered
2109          *   separately because it is not detected by the above
2110          *   conditions, if bfqq is already weight-raised)
2111          *
2112          * last_wr_start_finish has to be updated also if bfqq is soft
2113          * real-time, because the weight-raising period is constantly
2114          * restarted on idle-to-busy transitions for these queues, but
2115          * this is already done in bfq_bfqq_handle_idle_busy_switch if
2116          * needed.
2117          */
2118         if (bfqd->low_latency &&
2119                 (old_wr_coeff == 1 || bfqq->wr_coeff == 1 || interactive))
2120                 bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
2121 }
2122
2123 static struct request *bfq_find_rq_fmerge(struct bfq_data *bfqd,
2124                                           struct bio *bio,
2125                                           struct request_queue *q)
2126 {
2127         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->bio_bfqq;
2128
2129
2130         if (bfqq)
2131                 return elv_rb_find(&bfqq->sort_list, bio_end_sector(bio));
2132
2133         return NULL;
2134 }
2135
2136 static sector_t get_sdist(sector_t last_pos, struct request *rq)
2137 {
2138         if (last_pos)
2139                 return abs(blk_rq_pos(rq) - last_pos);
2140
2141         return 0;
2142 }
2143
2144 #if 0 /* Still not clear if we can do without next two functions */
2145 static void bfq_activate_request(struct request_queue *q, struct request *rq)
2146 {
2147         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
2148
2149         bfqd->rq_in_driver++;
2150 }
2151
2152 static void bfq_deactivate_request(struct request_queue *q, struct request *rq)
2153 {
2154         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
2155
2156         bfqd->rq_in_driver--;
2157 }
2158 #endif
2159
2160 static void bfq_remove_request(struct request_queue *q,
2161                                struct request *rq)
2162 {
2163         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
2164         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
2165         const int sync = rq_is_sync(rq);
2166
2167         if (bfqq->next_rq == rq) {
2168                 bfqq->next_rq = bfq_find_next_rq(bfqd, bfqq, rq);
2169                 bfq_updated_next_req(bfqd, bfqq);
2170         }
2171
2172         if (rq->queuelist.prev != &rq->queuelist)
2173                 list_del_init(&rq->queuelist);
2174         bfqq->queued[sync]--;
2175         bfqd->queued--;
2176         elv_rb_del(&bfqq->sort_list, rq);
2177
2178         elv_rqhash_del(q, rq);
2179         if (q->last_merge == rq)
2180                 q->last_merge = NULL;
2181
2182         if (RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list)) {
2183                 bfqq->next_rq = NULL;
2184
2185                 if (bfq_bfqq_busy(bfqq) && bfqq != bfqd->in_service_queue) {
2186                         bfq_del_bfqq_busy(bfqd, bfqq, false);
2187                         /*
2188                          * bfqq emptied. In normal operation, when
2189                          * bfqq is empty, bfqq->entity.service and
2190                          * bfqq->entity.budget must contain,
2191                          * respectively, the service received and the
2192                          * budget used last time bfqq emptied. These
2193                          * facts do not hold in this case, as at least
2194                          * this last removal occurred while bfqq is
2195                          * not in service. To avoid inconsistencies,
2196                          * reset both bfqq->entity.service and
2197                          * bfqq->entity.budget, if bfqq has still a
2198                          * process that may issue I/O requests to it.
2199                          */
2200                         bfqq->entity.budget = bfqq->entity.service = 0;
2201                 }
2202
2203                 /*
2204                  * Remove queue from request-position tree as it is empty.
2205                  */
2206                 if (bfqq->pos_root) {
2207                         rb_erase(&bfqq->pos_node, bfqq->pos_root);
2208                         bfqq->pos_root = NULL;
2209                 }
2210         } else {
2211                 /* see comments on bfq_pos_tree_add_move() for the unlikely() */
2212                 if (unlikely(!bfqd->nonrot_with_queueing))
2213                         bfq_pos_tree_add_move(bfqd, bfqq);
2214         }
2215
2216         if (rq->cmd_flags & REQ_META)
2217                 bfqq->meta_pending--;
2218
2219 }
2220
2221 static bool bfq_bio_merge(struct request_queue *q, struct bio *bio,
2222                 unsigned int nr_segs)
2223 {
2224         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
2225         struct request *free = NULL;
2226         /*
2227          * bfq_bic_lookup grabs the queue_lock: invoke it now and
2228          * store its return value for later use, to avoid nesting
2229          * queue_lock inside the bfqd->lock. We assume that the bic
2230          * returned by bfq_bic_lookup does not go away before
2231          * bfqd->lock is taken.
2232          */
2233         struct bfq_io_cq *bic = bfq_bic_lookup(bfqd, current->io_context, q);
2234         bool ret;
2235
2236         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
2237
2238         if (bic) {
2239                 /*
2240                  * Make sure cgroup info is uptodate for current process before
2241                  * considering the merge.
2242                  */
2243                 bfq_bic_update_cgroup(bic, bio);
2244
2245                 bfqd->bio_bfqq = bic_to_bfqq(bic, op_is_sync(bio->bi_opf));
2246         } else {
2247                 bfqd->bio_bfqq = NULL;
2248         }
2249         bfqd->bio_bic = bic;
2250
2251         ret = blk_mq_sched_try_merge(q, bio, nr_segs, &free);
2252
2253         if (free)
2254                 blk_mq_free_request(free);
2255         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
2256
2257         return ret;
2258 }
2259
2260 static int bfq_request_merge(struct request_queue *q, struct request **req,
2261                              struct bio *bio)
2262 {
2263         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
2264         struct request *__rq;
2265
2266         __rq = bfq_find_rq_fmerge(bfqd, bio, q);
2267         if (__rq && elv_bio_merge_ok(__rq, bio)) {
2268                 *req = __rq;
2269
2270                 if (blk_discard_mergable(__rq))
2271                         return ELEVATOR_DISCARD_MERGE;
2272                 return ELEVATOR_FRONT_MERGE;
2273         }
2274
2275         return ELEVATOR_NO_MERGE;
2276 }
2277
2278 static void bfq_request_merged(struct request_queue *q, struct request *req,
2279                                enum elv_merge type)
2280 {
2281         if (type == ELEVATOR_FRONT_MERGE &&
2282             rb_prev(&req->rb_node) &&
2283             blk_rq_pos(req) <
2284             blk_rq_pos(container_of(rb_prev(&req->rb_node),
2285                                     struct request, rb_node))) {
2286                 struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(req);
2287                 struct bfq_data *bfqd;
2288                 struct request *prev, *next_rq;
2289
2290                 if (!bfqq)
2291                         return;
2292
2293                 bfqd = bfqq->bfqd;
2294
2295                 /* Reposition request in its sort_list */
2296                 elv_rb_del(&bfqq->sort_list, req);
2297                 elv_rb_add(&bfqq->sort_list, req);
2298
2299                 /* Choose next request to be served for bfqq */
2300                 prev = bfqq->next_rq;
2301                 next_rq = bfq_choose_req(bfqd, bfqq->next_rq, req,
2302                                          bfqd->last_position);
2303                 bfqq->next_rq = next_rq;
2304                 /*
2305                  * If next_rq changes, update both the queue's budget to
2306                  * fit the new request and the queue's position in its
2307                  * rq_pos_tree.
2308                  */
2309                 if (prev != bfqq->next_rq) {
2310                         bfq_updated_next_req(bfqd, bfqq);
2311                         /*
2312                          * See comments on bfq_pos_tree_add_move() for
2313                          * the unlikely().
2314                          */
2315                         if (unlikely(!bfqd->nonrot_with_queueing))
2316                                 bfq_pos_tree_add_move(bfqd, bfqq);
2317                 }
2318         }
2319 }
2320
2321 /*
2322  * This function is called to notify the scheduler that the requests
2323  * rq and 'next' have been merged, with 'next' going away.  BFQ
2324  * exploits this hook to address the following issue: if 'next' has a
2325  * fifo_time lower that rq, then the fifo_time of rq must be set to
2326  * the value of 'next', to not forget the greater age of 'next'.
2327  *
2328  * NOTE: in this function we assume that rq is in a bfq_queue, basing
2329  * on that rq is picked from the hash table q->elevator->hash, which,
2330  * in its turn, is filled only with I/O requests present in
2331  * bfq_queues, while BFQ is in use for the request queue q. In fact,
2332  * the function that fills this hash table (elv_rqhash_add) is called
2333  * only by bfq_insert_request.
2334  */
2335 static void bfq_requests_merged(struct request_queue *q, struct request *rq,
2336                                 struct request *next)
2337 {
2338         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq),
2339                 *next_bfqq = RQ_BFQQ(next);
2340
2341         if (!bfqq)
2342                 return;
2343
2344         /*
2345          * If next and rq belong to the same bfq_queue and next is older
2346          * than rq, then reposition rq in the fifo (by substituting next
2347          * with rq). Otherwise, if next and rq belong to different
2348          * bfq_queues, never reposition rq: in fact, we would have to
2349          * reposition it with respect to next's position in its own fifo,
2350          * which would most certainly be too expensive with respect to
2351          * the benefits.
2352          */
2353         if (bfqq == next_bfqq &&
2354             !list_empty(&rq->queuelist) && !list_empty(&next->queuelist) &&
2355             next->fifo_time < rq->fifo_time) {
2356                 list_del_init(&rq->queuelist);
2357                 list_replace_init(&next->queuelist, &rq->queuelist);
2358                 rq->fifo_time = next->fifo_time;
2359         }
2360
2361         if (bfqq->next_rq == next)
2362                 bfqq->next_rq = rq;
2363
2364         bfqg_stats_update_io_merged(bfqq_group(bfqq), next->cmd_flags);
2365 }
2366
2367 /* Must be called with bfqq != NULL */
2368 static void bfq_bfqq_end_wr(struct bfq_queue *bfqq)
2369 {
2370         if (bfq_bfqq_busy(bfqq))
2371                 bfqq->bfqd->wr_busy_queues--;
2372         bfqq->wr_coeff = 1;
2373         bfqq->wr_cur_max_time = 0;
2374         bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
2375         /*
2376          * Trigger a weight change on the next invocation of
2377          * __bfq_entity_update_weight_prio.
2378          */
2379         bfqq->entity.prio_changed = 1;
2380 }
2381
2382 void bfq_end_wr_async_queues(struct bfq_data *bfqd,
2383                              struct bfq_group *bfqg)
2384 {
2385         int i, j;
2386
2387         for (i = 0; i < 2; i++)
2388                 for (j = 0; j < IOPRIO_BE_NR; j++)
2389                         if (bfqg->async_bfqq[i][j])
2390                                 bfq_bfqq_end_wr(bfqg->async_bfqq[i][j]);
2391         if (bfqg->async_idle_bfqq)
2392                 bfq_bfqq_end_wr(bfqg->async_idle_bfqq);
2393 }
2394
2395 static void bfq_end_wr(struct bfq_data *bfqd)
2396 {
2397         struct bfq_queue *bfqq;
2398
2399         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
2400
2401         list_for_each_entry(bfqq, &bfqd->active_list, bfqq_list)
2402                 bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
2403         list_for_each_entry(bfqq, &bfqd->idle_list, bfqq_list)
2404                 bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
2405         bfq_end_wr_async(bfqd);
2406
2407         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
2408 }
2409
2410 static sector_t bfq_io_struct_pos(void *io_struct, bool request)
2411 {
2412         if (request)
2413                 return blk_rq_pos(io_struct);
2414         else
2415                 return ((struct bio *)io_struct)->bi_iter.bi_sector;
2416 }
2417
2418 static int bfq_rq_close_to_sector(void *io_struct, bool request,
2419                                   sector_t sector)
2420 {
2421         return abs(bfq_io_struct_pos(io_struct, request) - sector) <=
2422                BFQQ_CLOSE_THR;
2423 }
2424
2425 static struct bfq_queue *bfqq_find_close(struct bfq_data *bfqd,
2426                                          struct bfq_queue *bfqq,
2427                                          sector_t sector)
2428 {
2429         struct rb_root *root = &bfq_bfqq_to_bfqg(bfqq)->rq_pos_tree;
2430         struct rb_node *parent, *node;
2431         struct bfq_queue *__bfqq;
2432
2433         if (RB_EMPTY_ROOT(root))
2434                 return NULL;
2435
2436         /*
2437          * First, if we find a request starting at the end of the last
2438          * request, choose it.
2439          */
2440         __bfqq = bfq_rq_pos_tree_lookup(bfqd, root, sector, &parent, NULL);
2441         if (__bfqq)
2442                 return __bfqq;
2443
2444         /*
2445          * If the exact sector wasn't found, the parent of the NULL leaf
2446          * will contain the closest sector (rq_pos_tree sorted by
2447          * next_request position).
2448          */
2449         __bfqq = rb_entry(parent, struct bfq_queue, pos_node);
2450         if (bfq_rq_close_to_sector(__bfqq->next_rq, true, sector))
2451                 return __bfqq;
2452
2453         if (blk_rq_pos(__bfqq->next_rq) < sector)
2454                 node = rb_next(&__bfqq->pos_node);
2455         else
2456                 node = rb_prev(&__bfqq->pos_node);
2457         if (!node)
2458                 return NULL;
2459
2460         __bfqq = rb_entry(node, struct bfq_queue, pos_node);
2461         if (bfq_rq_close_to_sector(__bfqq->next_rq, true, sector))
2462                 return __bfqq;
2463
2464         return NULL;
2465 }
2466
2467 static struct bfq_queue *bfq_find_close_cooperator(struct bfq_data *bfqd,
2468                                                    struct bfq_queue *cur_bfqq,
2469                                                    sector_t sector)
2470 {
2471         struct bfq_queue *bfqq;
2472
2473         /*
2474          * We shall notice if some of the queues are cooperating,
2475          * e.g., working closely on the same area of the device. In
2476          * that case, we can group them together and: 1) don't waste
2477          * time idling, and 2) serve the union of their requests in
2478          * the best possible order for throughput.
2479          */
2480         bfqq = bfqq_find_close(bfqd, cur_bfqq, sector);
2481         if (!bfqq || bfqq == cur_bfqq)
2482                 return NULL;
2483
2484         return bfqq;
2485 }
2486
2487 static struct bfq_queue *
2488 bfq_setup_merge(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_queue *new_bfqq)
2489 {
2490         int process_refs, new_process_refs;
2491         struct bfq_queue *__bfqq;
2492
2493         /*
2494          * If there are no process references on the new_bfqq, then it is
2495          * unsafe to follow the ->new_bfqq chain as other bfqq's in the chain
2496          * may have dropped their last reference (not just their last process
2497          * reference).
2498          */
2499         if (!bfqq_process_refs(new_bfqq))
2500                 return NULL;
2501
2502         /* Avoid a circular list and skip interim queue merges. */
2503         while ((__bfqq = new_bfqq->new_bfqq)) {
2504                 if (__bfqq == bfqq)
2505                         return NULL;
2506                 new_bfqq = __bfqq;
2507         }
2508
2509         process_refs = bfqq_process_refs(bfqq);
2510         new_process_refs = bfqq_process_refs(new_bfqq);
2511         /*
2512          * If the process for the bfqq has gone away, there is no
2513          * sense in merging the queues.
2514          */
2515         if (process_refs == 0 || new_process_refs == 0)
2516                 return NULL;
2517
2518         /*
2519          * Make sure merged queues belong to the same parent. Parents could
2520          * have changed since the time we decided the two queues are suitable
2521          * for merging.
2522          */
2523         if (new_bfqq->entity.parent != bfqq->entity.parent)
2524                 return NULL;
2525
2526         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "scheduling merge with queue %d",
2527                 new_bfqq->pid);
2528
2529         /*
2530          * Merging is just a redirection: the requests of the process
2531          * owning one of the two queues are redirected to the other queue.
2532          * The latter queue, in its turn, is set as shared if this is the
2533          * first time that the requests of some process are redirected to
2534          * it.
2535          *
2536          * We redirect bfqq to new_bfqq and not the opposite, because
2537          * we are in the context of the process owning bfqq, thus we
2538          * have the io_cq of this process. So we can immediately
2539          * configure this io_cq to redirect the requests of the
2540          * process to new_bfqq. In contrast, the io_cq of new_bfqq is
2541          * not available any more (new_bfqq->bic == NULL).
2542          *
2543          * Anyway, even in case new_bfqq coincides with the in-service
2544          * queue, redirecting requests the in-service queue is the
2545          * best option, as we feed the in-service queue with new
2546          * requests close to the last request served and, by doing so,
2547          * are likely to increase the throughput.
2548          */
2549         bfqq->new_bfqq = new_bfqq;
2550         /*
2551          * The above assignment schedules the following redirections:
2552          * each time some I/O for bfqq arrives, the process that
2553          * generated that I/O is disassociated from bfqq and
2554          * associated with new_bfqq. Here we increases new_bfqq->ref
2555          * in advance, adding the number of processes that are
2556          * expected to be associated with new_bfqq as they happen to
2557          * issue I/O.
2558          */
2559         new_bfqq->ref += process_refs;
2560         return new_bfqq;
2561 }
2562
2563 static bool bfq_may_be_close_cooperator(struct bfq_queue *bfqq,
2564                                         struct bfq_queue *new_bfqq)
2565 {
2566         if (bfq_too_late_for_merging(new_bfqq))
2567                 return false;
2568
2569         if (bfq_class_idle(bfqq) || bfq_class_idle(new_bfqq) ||
2570             (bfqq->ioprio_class != new_bfqq->ioprio_class))
2571                 return false;
2572
2573         /*
2574          * If either of the queues has already been detected as seeky,
2575          * then merging it with the other queue is unlikely to lead to
2576          * sequential I/O.
2577          */
2578         if (BFQQ_SEEKY(bfqq) || BFQQ_SEEKY(new_bfqq))
2579                 return false;
2580
2581         /*
2582          * Interleaved I/O is known to be done by (some) applications
2583          * only for reads, so it does not make sense to merge async
2584          * queues.
2585          */
2586         if (!bfq_bfqq_sync(bfqq) || !bfq_bfqq_sync(new_bfqq))
2587                 return false;
2588
2589         return true;
2590 }
2591
2592 /*
2593  * Attempt to schedule a merge of bfqq with the currently in-service
2594  * queue or with a close queue among the scheduled queues.  Return
2595  * NULL if no merge was scheduled, a pointer to the shared bfq_queue
2596  * structure otherwise.
2597  *
2598  * The OOM queue is not allowed to participate to cooperation: in fact, since
2599  * the requests temporarily redirected to the OOM queue could be redirected
2600  * again to dedicated queues at any time, the state needed to correctly
2601  * handle merging with the OOM queue would be quite complex and expensive
2602  * to maintain. Besides, in such a critical condition as an out of memory,
2603  * the benefits of queue merging may be little relevant, or even negligible.
2604  *
2605  * WARNING: queue merging may impair fairness among non-weight raised
2606  * queues, for at least two reasons: 1) the original weight of a
2607  * merged queue may change during the merged state, 2) even being the
2608  * weight the same, a merged queue may be bloated with many more
2609  * requests than the ones produced by its originally-associated
2610  * process.
2611  */
2612 static struct bfq_queue *
2613 bfq_setup_cooperator(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
2614                      void *io_struct, bool request)
2615 {
2616         struct bfq_queue *in_service_bfqq, *new_bfqq;
2617
2618         /* if a merge has already been setup, then proceed with that first */
2619         if (bfqq->new_bfqq)
2620                 return bfqq->new_bfqq;
2621
2622         /*
2623          * Do not perform queue merging if the device is non
2624          * rotational and performs internal queueing. In fact, such a
2625          * device reaches a high speed through internal parallelism
2626          * and pipelining. This means that, to reach a high
2627          * throughput, it must have many requests enqueued at the same
2628          * time. But, in this configuration, the internal scheduling
2629          * algorithm of the device does exactly the job of queue
2630          * merging: it reorders requests so as to obtain as much as
2631          * possible a sequential I/O pattern. As a consequence, with
2632          * the workload generated by processes doing interleaved I/O,
2633          * the throughput reached by the device is likely to be the
2634          * same, with and without queue merging.
2635          *
2636          * Disabling merging also provides a remarkable benefit in
2637          * terms of throughput. Merging tends to make many workloads
2638          * artificially more uneven, because of shared queues
2639          * remaining non empty for incomparably more time than
2640          * non-merged queues. This may accentuate workload
2641          * asymmetries. For example, if one of the queues in a set of
2642          * merged queues has a higher weight than a normal queue, then
2643          * the shared queue may inherit such a high weight and, by
2644          * staying almost always active, may force BFQ to perform I/O
2645          * plugging most of the time. This evidently makes it harder
2646          * for BFQ to let the device reach a high throughput.
2647          *
2648          * Finally, the likely() macro below is not used because one
2649          * of the two branches is more likely than the other, but to
2650          * have the code path after the following if() executed as
2651          * fast as possible for the case of a non rotational device
2652          * with queueing. We want it because this is the fastest kind
2653          * of device. On the opposite end, the likely() may lengthen
2654          * the execution time of BFQ for the case of slower devices
2655          * (rotational or at least without queueing). But in this case
2656          * the execution time of BFQ matters very little, if not at
2657          * all.
2658          */
2659         if (likely(bfqd->nonrot_with_queueing))
2660                 return NULL;
2661
2662         /*
2663          * Prevent bfqq from being merged if it has been created too
2664          * long ago. The idea is that true cooperating processes, and
2665          * thus their associated bfq_queues, are supposed to be
2666          * created shortly after each other. This is the case, e.g.,
2667          * for KVM/QEMU and dump I/O threads. Basing on this
2668          * assumption, the following filtering greatly reduces the
2669          * probability that two non-cooperating processes, which just
2670          * happen to do close I/O for some short time interval, have
2671          * their queues merged by mistake.
2672          */
2673         if (bfq_too_late_for_merging(bfqq))
2674                 return NULL;
2675
2676         if (!io_struct || unlikely(bfqq == &bfqd->oom_bfqq))
2677                 return NULL;
2678
2679         /* If there is only one backlogged queue, don't search. */
2680         if (bfq_tot_busy_queues(bfqd) == 1)
2681                 return NULL;
2682
2683         in_service_bfqq = bfqd->in_service_queue;
2684
2685         if (in_service_bfqq && in_service_bfqq != bfqq &&
2686             likely(in_service_bfqq != &bfqd->oom_bfqq) &&
2687             bfq_rq_close_to_sector(io_struct, request,
2688                                    bfqd->in_serv_last_pos) &&
2689             bfqq->entity.parent == in_service_bfqq->entity.parent &&
2690             bfq_may_be_close_cooperator(bfqq, in_service_bfqq)) {
2691                 new_bfqq = bfq_setup_merge(bfqq, in_service_bfqq);
2692                 if (new_bfqq)
2693                         return new_bfqq;
2694         }
2695         /*
2696          * Check whether there is a cooperator among currently scheduled
2697          * queues. The only thing we need is that the bio/request is not
2698          * NULL, as we need it to establish whether a cooperator exists.
2699          */
2700         new_bfqq = bfq_find_close_cooperator(bfqd, bfqq,
2701                         bfq_io_struct_pos(io_struct, request));
2702
2703         if (new_bfqq && likely(new_bfqq != &bfqd->oom_bfqq) &&
2704             bfq_may_be_close_cooperator(bfqq, new_bfqq))
2705                 return bfq_setup_merge(bfqq, new_bfqq);
2706
2707         return NULL;
2708 }
2709
2710 static void bfq_bfqq_save_state(struct bfq_queue *bfqq)
2711 {
2712         struct bfq_io_cq *bic = bfqq->bic;
2713
2714         /*
2715          * If !bfqq->bic, the queue is already shared or its requests
2716          * have already been redirected to a shared queue; both idle window
2717          * and weight raising state have already been saved. Do nothing.
2718          */
2719         if (!bic)
2720                 return;
2721
2722         bic->saved_weight = bfqq->entity.orig_weight;
2723         bic->saved_ttime = bfqq->ttime;
2724         bic->saved_has_short_ttime = bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
2725         bic->saved_IO_bound = bfq_bfqq_IO_bound(bfqq);
2726         bic->saved_in_large_burst = bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq);
2727         bic->was_in_burst_list = !hlist_unhashed(&bfqq->burst_list_node);
2728         if (unlikely(bfq_bfqq_just_created(bfqq) &&
2729                      !bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq) &&
2730                      bfqq->bfqd->low_latency)) {
2731                 /*
2732                  * bfqq being merged right after being created: bfqq
2733                  * would have deserved interactive weight raising, but
2734                  * did not make it to be set in a weight-raised state,
2735                  * because of this early merge. Store directly the
2736                  * weight-raising state that would have been assigned
2737                  * to bfqq, so that to avoid that bfqq unjustly fails
2738                  * to enjoy weight raising if split soon.
2739                  */
2740                 bic->saved_wr_coeff = bfqq->bfqd->bfq_wr_coeff;
2741                 bic->saved_wr_start_at_switch_to_srt = bfq_smallest_from_now();
2742                 bic->saved_wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqq->bfqd);
2743                 bic->saved_last_wr_start_finish = jiffies;
2744         } else {
2745                 bic->saved_wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
2746                 bic->saved_wr_start_at_switch_to_srt =
2747                         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt;
2748                 bic->saved_last_wr_start_finish = bfqq->last_wr_start_finish;
2749                 bic->saved_wr_cur_max_time = bfqq->wr_cur_max_time;
2750         }
2751 }
2752
2753 void bfq_release_process_ref(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
2754 {
2755         /*
2756          * To prevent bfqq's service guarantees from being violated,
2757          * bfqq may be left busy, i.e., queued for service, even if
2758          * empty (see comments in __bfq_bfqq_expire() for
2759          * details). But, if no process will send requests to bfqq any
2760          * longer, then there is no point in keeping bfqq queued for
2761          * service. In addition, keeping bfqq queued for service, but
2762          * with no process ref any longer, may have caused bfqq to be
2763          * freed when dequeued from service. But this is assumed to
2764          * never happen.
2765          */
2766         if (bfq_bfqq_busy(bfqq) && RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) &&
2767             bfqq != bfqd->in_service_queue)
2768                 bfq_del_bfqq_busy(bfqd, bfqq, false);
2769
2770         bfq_put_queue(bfqq);
2771 }
2772
2773 static void
2774 bfq_merge_bfqqs(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_io_cq *bic,
2775                 struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_queue *new_bfqq)
2776 {
2777         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "merging with queue %lu",
2778                 (unsigned long)new_bfqq->pid);
2779         /* Save weight raising and idle window of the merged queues */
2780         bfq_bfqq_save_state(bfqq);
2781         bfq_bfqq_save_state(new_bfqq);
2782         if (bfq_bfqq_IO_bound(bfqq))
2783                 bfq_mark_bfqq_IO_bound(new_bfqq);
2784         bfq_clear_bfqq_IO_bound(bfqq);
2785
2786         /*
2787          * If bfqq is weight-raised, then let new_bfqq inherit
2788          * weight-raising. To reduce false positives, neglect the case
2789          * where bfqq has just been created, but has not yet made it
2790          * to be weight-raised (which may happen because EQM may merge
2791          * bfqq even before bfq_add_request is executed for the first
2792          * time for bfqq). Handling this case would however be very
2793          * easy, thanks to the flag just_created.
2794          */
2795         if (new_bfqq->wr_coeff == 1 && bfqq->wr_coeff > 1) {
2796                 new_bfqq->wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
2797                 new_bfqq->wr_cur_max_time = bfqq->wr_cur_max_time;
2798                 new_bfqq->last_wr_start_finish = bfqq->last_wr_start_finish;
2799                 new_bfqq->wr_start_at_switch_to_srt =
2800                         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt;
2801                 if (bfq_bfqq_busy(new_bfqq))
2802                         bfqd->wr_busy_queues++;
2803                 new_bfqq->entity.prio_changed = 1;
2804         }
2805
2806         if (bfqq->wr_coeff > 1) { /* bfqq has given its wr to new_bfqq */
2807                 bfqq->wr_coeff = 1;
2808                 bfqq->entity.prio_changed = 1;
2809                 if (bfq_bfqq_busy(bfqq))
2810                         bfqd->wr_busy_queues--;
2811         }
2812
2813         bfq_log_bfqq(bfqd, new_bfqq, "merge_bfqqs: wr_busy %d",
2814                      bfqd->wr_busy_queues);
2815
2816         /*
2817          * Merge queues (that is, let bic redirect its requests to new_bfqq)
2818          */
2819         bic_set_bfqq(bic, new_bfqq, true);
2820         bfq_mark_bfqq_coop(new_bfqq);
2821         /*
2822          * new_bfqq now belongs to at least two bics (it is a shared queue):
2823          * set new_bfqq->bic to NULL. bfqq either:
2824          * - does not belong to any bic any more, and hence bfqq->bic must
2825          *   be set to NULL, or
2826          * - is a queue whose owning bics have already been redirected to a
2827          *   different queue, hence the queue is destined to not belong to
2828          *   any bic soon and bfqq->bic is already NULL (therefore the next
2829          *   assignment causes no harm).
2830          */
2831         new_bfqq->bic = NULL;
2832         /*
2833          * If the queue is shared, the pid is the pid of one of the associated
2834          * processes. Which pid depends on the exact sequence of merge events
2835          * the queue underwent. So printing such a pid is useless and confusing
2836          * because it reports a random pid between those of the associated
2837          * processes.
2838          * We mark such a queue with a pid -1, and then print SHARED instead of
2839          * a pid in logging messages.
2840          */
2841         new_bfqq->pid = -1;
2842         bfqq->bic = NULL;
2843         bfq_release_process_ref(bfqd, bfqq);
2844 }
2845
2846 static bool bfq_allow_bio_merge(struct request_queue *q, struct request *rq,
2847                                 struct bio *bio)
2848 {
2849         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
2850         bool is_sync = op_is_sync(bio->bi_opf);
2851         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->bio_bfqq, *new_bfqq;
2852
2853         /*
2854          * Disallow merge of a sync bio into an async request.
2855          */
2856         if (is_sync && !rq_is_sync(rq))
2857                 return false;
2858
2859         /*
2860          * Lookup the bfqq that this bio will be queued with. Allow
2861          * merge only if rq is queued there.
2862          */
2863         if (!bfqq)
2864                 return false;
2865
2866         /*
2867          * We take advantage of this function to perform an early merge
2868          * of the queues of possible cooperating processes.
2869          */
2870         new_bfqq = bfq_setup_cooperator(bfqd, bfqq, bio, false);
2871         if (new_bfqq) {
2872                 /*
2873                  * bic still points to bfqq, then it has not yet been
2874                  * redirected to some other bfq_queue, and a queue
2875                  * merge between bfqq and new_bfqq can be safely
2876                  * fulfilled, i.e., bic can be redirected to new_bfqq
2877                  * and bfqq can be put.
2878                  */
2879                 bfq_merge_bfqqs(bfqd, bfqd->bio_bic, bfqq,
2880                                 new_bfqq);
2881                 /*
2882                  * If we get here, bio will be queued into new_queue,
2883                  * so use new_bfqq to decide whether bio and rq can be
2884                  * merged.
2885                  */
2886                 bfqq = new_bfqq;
2887
2888                 /*
2889                  * Change also bqfd->bio_bfqq, as
2890                  * bfqd->bio_bic now points to new_bfqq, and
2891                  * this function may be invoked again (and then may
2892                  * use again bqfd->bio_bfqq).
2893                  */
2894                 bfqd->bio_bfqq = bfqq;
2895         }
2896
2897         return bfqq == RQ_BFQQ(rq);
2898 }
2899
2900 /*
2901  * Set the maximum time for the in-service queue to consume its
2902  * budget. This prevents seeky processes from lowering the throughput.
2903  * In practice, a time-slice service scheme is used with seeky
2904  * processes.
2905  */
2906 static void bfq_set_budget_timeout(struct bfq_data *bfqd,
2907                                    struct bfq_queue *bfqq)
2908 {
2909         unsigned int timeout_coeff;
2910
2911         if (bfqq->wr_cur_max_time == bfqd->bfq_wr_rt_max_time)
2912                 timeout_coeff = 1;
2913         else
2914                 timeout_coeff = bfqq->entity.weight / bfqq->entity.orig_weight;
2915
2916         bfqd->last_budget_start = ktime_get();
2917
2918         bfqq->budget_timeout = jiffies +
2919                 bfqd->bfq_timeout * timeout_coeff;
2920 }
2921
2922 static void __bfq_set_in_service_queue(struct bfq_data *bfqd,
2923                                        struct bfq_queue *bfqq)
2924 {
2925         if (bfqq) {
2926                 bfq_clear_bfqq_fifo_expire(bfqq);
2927
2928                 bfqd->budgets_assigned = (bfqd->budgets_assigned * 7 + 256) / 8;
2929
2930                 if (time_is_before_jiffies(bfqq->last_wr_start_finish) &&
2931                     bfqq->wr_coeff > 1 &&
2932                     bfqq->wr_cur_max_time == bfqd->bfq_wr_rt_max_time &&
2933                     time_is_before_jiffies(bfqq->budget_timeout)) {
2934                         /*
2935                          * For soft real-time queues, move the start
2936                          * of the weight-raising period forward by the
2937                          * time the queue has not received any
2938                          * service. Otherwise, a relatively long
2939                          * service delay is likely to cause the
2940                          * weight-raising period of the queue to end,
2941                          * because of the short duration of the
2942                          * weight-raising period of a soft real-time
2943                          * queue.  It is worth noting that this move
2944                          * is not so dangerous for the other queues,
2945                          * because soft real-time queues are not
2946                          * greedy.
2947                          *
2948                          * To not add a further variable, we use the
2949                          * overloaded field budget_timeout to
2950                          * determine for how long the queue has not
2951                          * received service, i.e., how much time has
2952                          * elapsed since the queue expired. However,
2953                          * this is a little imprecise, because
2954                          * budget_timeout is set to jiffies if bfqq
2955                          * not only expires, but also remains with no
2956                          * request.
2957                          */
2958                         if (time_after(bfqq->budget_timeout,
2959                                        bfqq->last_wr_start_finish))
2960                                 bfqq->last_wr_start_finish +=
2961                                         jiffies - bfqq->budget_timeout;
2962                         else
2963                                 bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
2964                 }
2965
2966                 bfq_set_budget_timeout(bfqd, bfqq);
2967                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq,
2968                              "set_in_service_queue, cur-budget = %d",
2969                              bfqq->entity.budget);
2970         }
2971
2972         bfqd->in_service_queue = bfqq;
2973         bfqd->in_serv_last_pos = 0;
2974 }
2975
2976 /*
2977  * Get and set a new queue for service.
2978  */
2979 static struct bfq_queue *bfq_set_in_service_queue(struct bfq_data *bfqd)
2980 {
2981         struct bfq_queue *bfqq = bfq_get_next_queue(bfqd);
2982
2983         __bfq_set_in_service_queue(bfqd, bfqq);
2984         return bfqq;
2985 }
2986
2987 static void bfq_arm_slice_timer(struct bfq_data *bfqd)
2988 {
2989         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->in_service_queue;
2990         u32 sl;
2991
2992         bfq_mark_bfqq_wait_request(bfqq);
2993
2994         /*
2995          * We don't want to idle for seeks, but we do want to allow
2996          * fair distribution of slice time for a process doing back-to-back
2997          * seeks. So allow a little bit of time for him to submit a new rq.
2998          */
2999         sl = bfqd->bfq_slice_idle;
3000         /*
3001          * Unless the queue is being weight-raised or the scenario is
3002          * asymmetric, grant only minimum idle time if the queue
3003          * is seeky. A long idling is preserved for a weight-raised
3004          * queue, or, more in general, in an asymmetric scenario,
3005          * because a long idling is needed for guaranteeing to a queue
3006          * its reserved share of the throughput (in particular, it is
3007          * needed if the queue has a higher weight than some other
3008          * queue).
3009          */
3010         if (BFQQ_SEEKY(bfqq) && bfqq->wr_coeff == 1 &&
3011             !bfq_asymmetric_scenario(bfqd, bfqq))
3012                 sl = min_t(u64, sl, BFQ_MIN_TT);
3013         else if (bfqq->wr_coeff > 1)
3014                 sl = max_t(u32, sl, 20ULL * NSEC_PER_MSEC);
3015
3016         bfqd->last_idling_start = ktime_get();
3017         bfqd->last_idling_start_jiffies = jiffies;
3018
3019         hrtimer_start(&bfqd->idle_slice_timer, ns_to_ktime(sl),
3020                       HRTIMER_MODE_REL);
3021         bfqg_stats_set_start_idle_time(bfqq_group(bfqq));
3022 }
3023
3024 /*
3025  * In autotuning mode, max_budget is dynamically recomputed as the
3026  * amount of sectors transferred in timeout at the estimated peak
3027  * rate. This enables BFQ to utilize a full timeslice with a full
3028  * budget, even if the in-service queue is served at peak rate. And
3029  * this maximises throughput with sequential workloads.
3030  */
3031 static unsigned long bfq_calc_max_budget(struct bfq_data *bfqd)
3032 {
3033         return (u64)bfqd->peak_rate * USEC_PER_MSEC *
3034                 jiffies_to_msecs(bfqd->bfq_timeout)>>BFQ_RATE_SHIFT;
3035 }
3036
3037 /*
3038  * Update parameters related to throughput and responsiveness, as a
3039  * function of the estimated peak rate. See comments on
3040  * bfq_calc_max_budget(), and on the ref_wr_duration array.
3041  */
3042 static void update_thr_responsiveness_params(struct bfq_data *bfqd)
3043 {
3044         if (bfqd->bfq_user_max_budget == 0) {
3045                 bfqd->bfq_max_budget =
3046                         bfq_calc_max_budget(bfqd);
3047                 bfq_log(bfqd, "new max_budget = %d", bfqd->bfq_max_budget);
3048         }
3049 }
3050
3051 static void bfq_reset_rate_computation(struct bfq_data *bfqd,
3052                                        struct request *rq)
3053 {
3054         if (rq != NULL) { /* new rq dispatch now, reset accordingly */
3055                 bfqd->last_dispatch = bfqd->first_dispatch = ktime_get_ns();
3056                 bfqd->peak_rate_samples = 1;
3057                 bfqd->sequential_samples = 0;
3058                 bfqd->tot_sectors_dispatched = bfqd->last_rq_max_size =
3059                         blk_rq_sectors(rq);
3060         } else /* no new rq dispatched, just reset the number of samples */
3061                 bfqd->peak_rate_samples = 0; /* full re-init on next disp. */
3062
3063         bfq_log(bfqd,
3064                 "reset_rate_computation at end, sample %u/%u tot_sects %llu",
3065                 bfqd->peak_rate_samples, bfqd->sequential_samples,
3066                 bfqd->tot_sectors_dispatched);
3067 }
3068
3069 static void bfq_update_rate_reset(struct bfq_data *bfqd, struct request *rq)
3070 {
3071         u32 rate, weight, divisor;
3072
3073         /*
3074          * For the convergence property to hold (see comments on
3075          * bfq_update_peak_rate()) and for the assessment to be
3076          * reliable, a minimum number of samples must be present, and
3077          * a minimum amount of time must have elapsed. If not so, do
3078          * not compute new rate. Just reset parameters, to get ready
3079          * for a new evaluation attempt.
3080          */
3081         if (bfqd->peak_rate_samples < BFQ_RATE_MIN_SAMPLES ||
3082             bfqd->delta_from_first < BFQ_RATE_MIN_INTERVAL)
3083                 goto reset_computation;
3084
3085         /*
3086          * If a new request completion has occurred after last
3087          * dispatch, then, to approximate the rate at which requests
3088          * have been served by the device, it is more precise to
3089          * extend the observation interval to the last completion.
3090          */
3091         bfqd->delta_from_first =
3092                 max_t(u64, bfqd->delta_from_first,
3093                       bfqd->last_completion - bfqd->first_dispatch);
3094
3095         /*
3096          * Rate computed in sects/usec, and not sects/nsec, for
3097          * precision issues.
3098          */
3099         rate = div64_ul(bfqd->tot_sectors_dispatched<<BFQ_RATE_SHIFT,
3100                         div_u64(bfqd->delta_from_first, NSEC_PER_USEC));
3101
3102         /*
3103          * Peak rate not updated if:
3104          * - the percentage of sequential dispatches is below 3/4 of the
3105          *   total, and rate is below the current estimated peak rate
3106          * - rate is unreasonably high (> 20M sectors/sec)
3107          */
3108         if ((bfqd->sequential_samples < (3 * bfqd->peak_rate_samples)>>2 &&
3109              rate <= bfqd->peak_rate) ||
3110                 rate > 20<<BFQ_RATE_SHIFT)
3111                 goto reset_computation;
3112
3113         /*
3114          * We have to update the peak rate, at last! To this purpose,
3115          * we use a low-pass filter. We compute the smoothing constant
3116          * of the filter as a function of the 'weight' of the new
3117          * measured rate.
3118          *
3119          * As can be seen in next formulas, we define this weight as a
3120          * quantity proportional to how sequential the workload is,
3121          * and to how long the observation time interval is.
3122          *
3123          * The weight runs from 0 to 8. The maximum value of the
3124          * weight, 8, yields the minimum value for the smoothing
3125          * constant. At this minimum value for the smoothing constant,
3126          * the measured rate contributes for half of the next value of
3127          * the estimated peak rate.
3128          *
3129          * So, the first step is to compute the weight as a function
3130          * of how sequential the workload is. Note that the weight
3131          * cannot reach 9, because bfqd->sequential_samples cannot
3132          * become equal to bfqd->peak_rate_samples, which, in its
3133          * turn, holds true because bfqd->sequential_samples is not
3134          * incremented for the first sample.
3135          */
3136         weight = (9 * bfqd->sequential_samples) / bfqd->peak_rate_samples;
3137
3138         /*
3139          * Second step: further refine the weight as a function of the
3140          * duration of the observation interval.
3141          */
3142         weight = min_t(u32, 8,
3143                        div_u64(weight * bfqd->delta_from_first,
3144                                BFQ_RATE_REF_INTERVAL));
3145
3146         /*
3147          * Divisor ranging from 10, for minimum weight, to 2, for
3148          * maximum weight.
3149          */
3150         divisor = 10 - weight;
3151
3152         /*
3153          * Finally, update peak rate:
3154          *
3155          * peak_rate = peak_rate * (divisor-1) / divisor  +  rate / divisor
3156          */
3157         bfqd->peak_rate *= divisor-1;
3158         bfqd->peak_rate /= divisor;
3159         rate /= divisor; /* smoothing constant alpha = 1/divisor */
3160
3161         bfqd->peak_rate += rate;
3162
3163         /*
3164          * For a very slow device, bfqd->peak_rate can reach 0 (see
3165          * the minimum representable values reported in the comments
3166          * on BFQ_RATE_SHIFT). Push to 1 if this happens, to avoid
3167          * divisions by zero where bfqd->peak_rate is used as a
3168          * divisor.
3169          */
3170         bfqd->peak_rate = max_t(u32, 1, bfqd->peak_rate);
3171
3172         update_thr_responsiveness_params(bfqd);
3173
3174 reset_computation:
3175         bfq_reset_rate_computation(bfqd, rq);
3176 }
3177
3178 /*
3179  * Update the read/write peak rate (the main quantity used for
3180  * auto-tuning, see update_thr_responsiveness_params()).
3181  *
3182  * It is not trivial to estimate the peak rate (correctly): because of
3183  * the presence of sw and hw queues between the scheduler and the
3184  * device components that finally serve I/O requests, it is hard to
3185  * say exactly when a given dispatched request is served inside the
3186  * device, and for how long. As a consequence, it is hard to know
3187  * precisely at what rate a given set of requests is actually served
3188  * by the device.
3189  *
3190  * On the opposite end, the dispatch time of any request is trivially
3191  * available, and, from this piece of information, the "dispatch rate"
3192  * of requests can be immediately computed. So, the idea in the next
3193  * function is to use what is known, namely request dispatch times
3194  * (plus, when useful, request completion times), to estimate what is
3195  * unknown, namely in-device request service rate.
3196  *
3197  * The main issue is that, because of the above facts, the rate at
3198  * which a certain set of requests is dispatched over a certain time
3199  * interval can vary greatly with respect to the rate at which the
3200  * same requests are then served. But, since the size of any
3201  * intermediate queue is limited, and the service scheme is lossless
3202  * (no request is silently dropped), the following obvious convergence
3203  * property holds: the number of requests dispatched MUST become
3204  * closer and closer to the number of requests completed as the
3205  * observation interval grows. This is the key property used in
3206  * the next function to estimate the peak service rate as a function
3207  * of the observed dispatch rate. The function assumes to be invoked
3208  * on every request dispatch.
3209  */
3210 static void bfq_update_peak_rate(struct bfq_data *bfqd, struct request *rq)
3211 {
3212         u64 now_ns = ktime_get_ns();
3213
3214         if (bfqd->peak_rate_samples == 0) { /* first dispatch */
3215                 bfq_log(bfqd, "update_peak_rate: goto reset, samples %d",
3216                         bfqd->peak_rate_samples);
3217                 bfq_reset_rate_computation(bfqd, rq);
3218                 goto update_last_values; /* will add one sample */
3219         }
3220
3221         /*
3222          * Device idle for very long: the observation interval lasting
3223          * up to this dispatch cannot be a valid observation interval
3224          * for computing a new peak rate (similarly to the late-
3225          * completion event in bfq_completed_request()). Go to
3226          * update_rate_and_reset to have the following three steps
3227          * taken:
3228          * - close the observation interval at the last (previous)
3229          *   request dispatch or completion
3230          * - compute rate, if possible, for that observation interval
3231          * - start a new observation interval with this dispatch
3232          */
3233         if (now_ns - bfqd->last_dispatch > 100*NSEC_PER_MSEC &&
3234             bfqd->rq_in_driver == 0)
3235                 goto update_rate_and_reset;
3236
3237         /* Update sampling information */
3238         bfqd->peak_rate_samples++;
3239
3240         if ((bfqd->rq_in_driver > 0 ||
3241                 now_ns - bfqd->last_completion < BFQ_MIN_TT)
3242             && !BFQ_RQ_SEEKY(bfqd, bfqd->last_position, rq))
3243                 bfqd->sequential_samples++;
3244
3245         bfqd->tot_sectors_dispatched += blk_rq_sectors(rq);
3246
3247         /* Reset max observed rq size every 32 dispatches */
3248         if (likely(bfqd->peak_rate_samples % 32))
3249                 bfqd->last_rq_max_size =
3250                         max_t(u32, blk_rq_sectors(rq), bfqd->last_rq_max_size);
3251         else
3252                 bfqd->last_rq_max_size = blk_rq_sectors(rq);
3253
3254         bfqd->delta_from_first = now_ns - bfqd->first_dispatch;
3255
3256         /* Target observation interval not yet reached, go on sampling */
3257         if (bfqd->delta_from_first < BFQ_RATE_REF_INTERVAL)
3258                 goto update_last_values;
3259
3260 update_rate_and_reset:
3261         bfq_update_rate_reset(bfqd, rq);
3262 update_last_values:
3263         bfqd->last_position = blk_rq_pos(rq) + blk_rq_sectors(rq);
3264         if (RQ_BFQQ(rq) == bfqd->in_service_queue)
3265                 bfqd->in_serv_last_pos = bfqd->last_position;
3266         bfqd->last_dispatch = now_ns;
3267 }
3268
3269 /*
3270  * Remove request from internal lists.
3271  */
3272 static void bfq_dispatch_remove(struct request_queue *q, struct request *rq)
3273 {
3274         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
3275
3276         /*
3277          * For consistency, the next instruction should have been
3278          * executed after removing the request from the queue and
3279          * dispatching it.  We execute instead this instruction before
3280          * bfq_remove_request() (and hence introduce a temporary
3281          * inconsistency), for efficiency.  In fact, should this
3282          * dispatch occur for a non in-service bfqq, this anticipated
3283          * increment prevents two counters related to bfqq->dispatched
3284          * from risking to be, first, uselessly decremented, and then
3285          * incremented again when the (new) value of bfqq->dispatched
3286          * happens to be taken into account.
3287          */
3288         bfqq->dispatched++;
3289         bfq_update_peak_rate(q->elevator->elevator_data, rq);
3290
3291         bfq_remove_request(q, rq);
3292 }
3293
3294 /*
3295  * There is a case where idling does not have to be performed for
3296  * throughput concerns, but to preserve the throughput share of
3297  * the process associated with bfqq.
3298  *
3299  * To introduce this case, we can note that allowing the drive
3300  * to enqueue more than one request at a time, and hence
3301  * delegating de facto final scheduling decisions to the
3302  * drive's internal scheduler, entails loss of control on the
3303  * actual request service order. In particular, the critical
3304  * situation is when requests from different processes happen
3305  * to be present, at the same time, in the internal queue(s)
3306  * of the drive. In such a situation, the drive, by deciding
3307  * the service order of the internally-queued requests, does
3308  * determine also the actual throughput distribution among
3309  * these processes. But the drive typically has no notion or
3310  * concern about per-process throughput distribution, and
3311  * makes its decisions only on a per-request basis. Therefore,
3312  * the service distribution enforced by the drive's internal
3313  * scheduler is likely to coincide with the desired throughput
3314  * distribution only in a completely symmetric, or favorably
3315  * skewed scenario where:
3316  * (i-a) each of these processes must get the same throughput as
3317  *       the others,
3318  * (i-b) in case (i-a) does not hold, it holds that the process
3319  *       associated with bfqq must receive a lower or equal
3320  *       throughput than any of the other processes;
3321  * (ii)  the I/O of each process has the same properties, in
3322  *       terms of locality (sequential or random), direction
3323  *       (reads or writes), request sizes, greediness
3324  *       (from I/O-bound to sporadic), and so on;
3325
3326  * In fact, in such a scenario, the drive tends to treat the requests
3327  * of each process in about the same way as the requests of the
3328  * others, and thus to provide each of these processes with about the
3329  * same throughput.  This is exactly the desired throughput
3330  * distribution if (i-a) holds, or, if (i-b) holds instead, this is an
3331  * even more convenient distribution for (the process associated with)
3332  * bfqq.
3333  *
3334  * In contrast, in any asymmetric or unfavorable scenario, device
3335  * idling (I/O-dispatch plugging) is certainly needed to guarantee
3336  * that bfqq receives its assigned fraction of the device throughput
3337  * (see [1] for details).
3338  *
3339  * The problem is that idling may significantly reduce throughput with
3340  * certain combinations of types of I/O and devices. An important
3341  * example is sync random I/O on flash storage with command
3342  * queueing. So, unless bfqq falls in cases where idling also boosts
3343  * throughput, it is important to check conditions (i-a), i(-b) and
3344  * (ii) accurately, so as to avoid idling when not strictly needed for
3345  * service guarantees.
3346  *
3347  * Unfortunately, it is extremely difficult to thoroughly check
3348  * condition (ii). And, in case there are active groups, it becomes
3349  * very difficult to check conditions (i-a) and (i-b) too.  In fact,
3350  * if there are active groups, then, for conditions (i-a) or (i-b) to
3351  * become false 'indirectly', it is enough that an active group
3352  * contains more active processes or sub-groups than some other active
3353  * group. More precisely, for conditions (i-a) or (i-b) to become
3354  * false because of such a group, it is not even necessary that the
3355  * group is (still) active: it is sufficient that, even if the group
3356  * has become inactive, some of its descendant processes still have
3357  * some request already dispatched but still waiting for
3358  * completion. In fact, requests have still to be guaranteed their
3359  * share of the throughput even after being dispatched. In this
3360  * respect, it is easy to show that, if a group frequently becomes
3361  * inactive while still having in-flight requests, and if, when this
3362  * happens, the group is not considered in the calculation of whether
3363  * the scenario is asymmetric, then the group may fail to be
3364  * guaranteed its fair share of the throughput (basically because
3365  * idling may not be performed for the descendant processes of the
3366  * group, but it had to be).  We address this issue with the following
3367  * bi-modal behavior, implemented in the function
3368  * bfq_asymmetric_scenario().
3369  *
3370  * If there are groups with requests waiting for completion
3371  * (as commented above, some of these groups may even be
3372  * already inactive), then the scenario is tagged as
3373  * asymmetric, conservatively, without checking any of the
3374  * conditions (i-a), (i-b) or (ii). So the device is idled for bfqq.
3375  * This behavior matches also the fact that groups are created
3376  * exactly if controlling I/O is a primary concern (to
3377  * preserve bandwidth and latency guarantees).
3378  *
3379  * On the opposite end, if there are no groups with requests waiting
3380  * for completion, then only conditions (i-a) and (i-b) are actually
3381  * controlled, i.e., provided that conditions (i-a) or (i-b) holds,
3382  * idling is not performed, regardless of whether condition (ii)
3383  * holds.  In other words, only if conditions (i-a) and (i-b) do not
3384  * hold, then idling is allowed, and the device tends to be prevented
3385  * from queueing many requests, possibly of several processes. Since
3386  * there are no groups with requests waiting for completion, then, to
3387  * control conditions (i-a) and (i-b) it is enough to check just
3388  * whether all the queues with requests waiting for completion also
3389  * have the same weight.
3390  *
3391  * Not checking condition (ii) evidently exposes bfqq to the
3392  * risk of getting less throughput than its fair share.
3393  * However, for queues with the same weight, a further
3394  * mechanism, preemption, mitigates or even eliminates this
3395  * problem. And it does so without consequences on overall
3396  * throughput. This mechanism and its benefits are explained
3397  * in the next three paragraphs.
3398  *
3399  * Even if a queue, say Q, is expired when it remains idle, Q
3400  * can still preempt the new in-service queue if the next
3401  * request of Q arrives soon (see the comments on
3402  * bfq_bfqq_update_budg_for_activation). If all queues and
3403  * groups have the same weight, this form of preemption,
3404  * combined with the hole-recovery heuristic described in the
3405  * comments on function bfq_bfqq_update_budg_for_activation,
3406  * are enough to preserve a correct bandwidth distribution in
3407  * the mid term, even without idling. In fact, even if not
3408  * idling allows the internal queues of the device to contain
3409  * many requests, and thus to reorder requests, we can rather
3410  * safely assume that the internal scheduler still preserves a
3411  * minimum of mid-term fairness.
3412  *
3413  * More precisely, this preemption-based, idleless approach
3414  * provides fairness in terms of IOPS, and not sectors per
3415  * second. This can be seen with a simple example. Suppose
3416  * that there are two queues with the same weight, but that
3417  * the first queue receives requests of 8 sectors, while the
3418  * second queue receives requests of 1024 sectors. In
3419  * addition, suppose that each of the two queues contains at
3420  * most one request at a time, which implies that each queue
3421  * always remains idle after it is served. Finally, after
3422  * remaining idle, each queue receives very quickly a new
3423  * request. It follows that the two queues are served
3424  * alternatively, preempting each other if needed. This
3425  * implies that, although both queues have the same weight,
3426  * the queue with large requests receives a service that is
3427  * 1024/8 times as high as the service received by the other
3428  * queue.
3429  *
3430  * The motivation for using preemption instead of idling (for
3431  * queues with the same weight) is that, by not idling,
3432  * service guarantees are preserved (completely or at least in
3433  * part) without minimally sacrificing throughput. And, if
3434  * there is no active group, then the primary expectation for
3435  * this device is probably a high throughput.
3436  *
3437  * We are now left only with explaining the two sub-conditions in the
3438  * additional compound condition that is checked below for deciding
3439  * whether the scenario is asymmetric. To explain the first
3440  * sub-condition, we need to add that the function
3441  * bfq_asymmetric_scenario checks the weights of only
3442  * non-weight-raised queues, for efficiency reasons (see comments on
3443  * bfq_weights_tree_add()). Then the fact that bfqq is weight-raised
3444  * is checked explicitly here. More precisely, the compound condition
3445  * below takes into account also the fact that, even if bfqq is being
3446  * weight-raised, the scenario is still symmetric if all queues with
3447  * requests waiting for completion happen to be
3448  * weight-raised. Actually, we should be even more precise here, and
3449  * differentiate between interactive weight raising and soft real-time
3450  * weight raising.
3451  *
3452  * The second sub-condition checked in the compound condition is
3453  * whether there is a fair amount of already in-flight I/O not
3454  * belonging to bfqq. If so, I/O dispatching is to be plugged, for the
3455  * following reason. The drive may decide to serve in-flight
3456  * non-bfqq's I/O requests before bfqq's ones, thereby delaying the
3457  * arrival of new I/O requests for bfqq (recall that bfqq is sync). If
3458  * I/O-dispatching is not plugged, then, while bfqq remains empty, a
3459  * basically uncontrolled amount of I/O from other queues may be
3460  * dispatched too, possibly causing the service of bfqq's I/O to be
3461  * delayed even longer in the drive. This problem gets more and more
3462  * serious as the speed and the queue depth of the drive grow,
3463  * because, as these two quantities grow, the probability to find no
3464  * queue busy but many requests in flight grows too. By contrast,
3465  * plugging I/O dispatching minimizes the delay induced by already
3466  * in-flight I/O, and enables bfqq to recover the bandwidth it may
3467  * lose because of this delay.
3468  *
3469  * As a side note, it is worth considering that the above
3470  * device-idling countermeasures may however fail in the following
3471  * unlucky scenario: if I/O-dispatch plugging is (correctly) disabled
3472  * in a time period during which all symmetry sub-conditions hold, and
3473  * therefore the device is allowed to enqueue many requests, but at
3474  * some later point in time some sub-condition stops to hold, then it
3475  * may become impossible to make requests be served in the desired
3476  * order until all the requests already queued in the device have been
3477  * served. The last sub-condition commented above somewhat mitigates
3478  * this problem for weight-raised queues.
3479  */
3480 static bool idling_needed_for_service_guarantees(struct bfq_data *bfqd,
3481                                                  struct bfq_queue *bfqq)
3482 {
3483         /* No point in idling for bfqq if it won't get requests any longer */
3484         if (unlikely(!bfqq_process_refs(bfqq)))
3485                 return false;
3486
3487         return (bfqq->wr_coeff > 1 &&
3488                 (bfqd->wr_busy_queues <
3489                  bfq_tot_busy_queues(bfqd) ||
3490                  bfqd->rq_in_driver >=
3491                  bfqq->dispatched + 4)) ||
3492                 bfq_asymmetric_scenario(bfqd, bfqq);
3493 }
3494
3495 static bool __bfq_bfqq_expire(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
3496                               enum bfqq_expiration reason)
3497 {
3498         /*
3499          * If this bfqq is shared between multiple processes, check
3500          * to make sure that those processes are still issuing I/Os
3501          * within the mean seek distance. If not, it may be time to
3502          * break the queues apart again.
3503          */
3504         if (bfq_bfqq_coop(bfqq) && BFQQ_SEEKY(bfqq))
3505                 bfq_mark_bfqq_split_coop(bfqq);
3506
3507         /*
3508          * Consider queues with a higher finish virtual time than
3509          * bfqq. If idling_needed_for_service_guarantees(bfqq) returns
3510          * true, then bfqq's bandwidth would be violated if an
3511          * uncontrolled amount of I/O from these queues were
3512          * dispatched while bfqq is waiting for its new I/O to
3513          * arrive. This is exactly what may happen if this is a forced
3514          * expiration caused by a preemption attempt, and if bfqq is
3515          * not re-scheduled. To prevent this from happening, re-queue
3516          * bfqq if it needs I/O-dispatch plugging, even if it is
3517          * empty. By doing so, bfqq is granted to be served before the
3518          * above queues (provided that bfqq is of course eligible).
3519          */
3520         if (RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) &&
3521             !(reason == BFQQE_PREEMPTED &&
3522               idling_needed_for_service_guarantees(bfqd, bfqq))) {
3523                 if (bfqq->dispatched == 0)
3524                         /*
3525                          * Overloading budget_timeout field to store
3526                          * the time at which the queue remains with no
3527                          * backlog and no outstanding request; used by
3528                          * the weight-raising mechanism.
3529                          */
3530                         bfqq->budget_timeout = jiffies;
3531
3532                 bfq_del_bfqq_busy(bfqd, bfqq, true);
3533         } else {
3534                 bfq_requeue_bfqq(bfqd, bfqq, true);
3535                 /*
3536                  * Resort priority tree of potential close cooperators.
3537                  * See comments on bfq_pos_tree_add_move() for the unlikely().
3538                  */
3539                 if (unlikely(!bfqd->nonrot_with_queueing &&
3540                              !RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list)))
3541                         bfq_pos_tree_add_move(bfqd, bfqq);
3542         }
3543
3544         /*
3545          * All in-service entities must have been properly deactivated
3546          * or requeued before executing the next function, which
3547          * resets all in-service entities as no more in service. This
3548          * may cause bfqq to be freed. If this happens, the next
3549          * function returns true.
3550          */
3551         return __bfq_bfqd_reset_in_service(bfqd);
3552 }
3553
3554 /**
3555  * __bfq_bfqq_recalc_budget - try to adapt the budget to the @bfqq behavior.
3556  * @bfqd: device data.
3557  * @bfqq: queue to update.
3558  * @reason: reason for expiration.
3559  *
3560  * Handle the feedback on @bfqq budget at queue expiration.
3561  * See the body for detailed comments.
3562  */
3563 static void __bfq_bfqq_recalc_budget(struct bfq_data *bfqd,
3564                                      struct bfq_queue *bfqq,
3565                                      enum bfqq_expiration reason)
3566 {
3567         struct request *next_rq;
3568         int budget, min_budget;
3569
3570         min_budget = bfq_min_budget(bfqd);
3571
3572         if (bfqq->wr_coeff == 1)
3573                 budget = bfqq->max_budget;
3574         else /*
3575               * Use a constant, low budget for weight-raised queues,
3576               * to help achieve a low latency. Keep it slightly higher
3577               * than the minimum possible budget, to cause a little
3578               * bit fewer expirations.
3579               */
3580                 budget = 2 * min_budget;
3581
3582         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "recalc_budg: last budg %d, budg left %d",
3583                 bfqq->entity.budget, bfq_bfqq_budget_left(bfqq));
3584         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "recalc_budg: last max_budg %d, min budg %d",
3585                 budget, bfq_min_budget(bfqd));
3586         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "recalc_budg: sync %d, seeky %d",
3587                 bfq_bfqq_sync(bfqq), BFQQ_SEEKY(bfqd->in_service_queue));
3588
3589         if (bfq_bfqq_sync(bfqq) && bfqq->wr_coeff == 1) {
3590                 switch (reason) {
3591                 /*
3592                  * Caveat: in all the following cases we trade latency
3593                  * for throughput.
3594                  */
3595                 case BFQQE_TOO_IDLE:
3596                         /*
3597                          * This is the only case where we may reduce
3598                          * the budget: if there is no request of the
3599                          * process still waiting for completion, then
3600                          * we assume (tentatively) that the timer has
3601                          * expired because the batch of requests of
3602                          * the process could have been served with a
3603                          * smaller budget.  Hence, betting that
3604                          * process will behave in the same way when it
3605                          * becomes backlogged again, we reduce its
3606                          * next budget.  As long as we guess right,
3607                          * this budget cut reduces the latency
3608                          * experienced by the process.
3609                          *
3610                          * However, if there are still outstanding
3611                          * requests, then the process may have not yet
3612                          * issued its next request just because it is
3613                          * still waiting for the completion of some of
3614                          * the still outstanding ones.  So in this
3615                          * subcase we do not reduce its budget, on the
3616                          * contrary we increase it to possibly boost
3617                          * the throughput, as discussed in the
3618                          * comments to the BUDGET_TIMEOUT case.
3619                          */
3620                         if (bfqq->dispatched > 0) /* still outstanding reqs */
3621                                 budget = min(budget * 2, bfqd->bfq_max_budget);
3622                         else {
3623                                 if (budget > 5 * min_budget)
3624                                         budget -= 4 * min_budget;
3625                                 else
3626                                         budget = min_budget;
3627                         }
3628                         break;
3629                 case BFQQE_BUDGET_TIMEOUT:
3630                         /*
3631                          * We double the budget here because it gives
3632                          * the chance to boost the throughput if this
3633                          * is not a seeky process (and has bumped into
3634                          * this timeout because of, e.g., ZBR).
3635                          */
3636                         budget = min(budget * 2, bfqd->bfq_max_budget);
3637                         break;
3638                 case BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED:
3639                         /*
3640                          * The process still has backlog, and did not
3641                          * let either the budget timeout or the disk
3642                          * idling timeout expire. Hence it is not
3643                          * seeky, has a short thinktime and may be
3644                          * happy with a higher budget too. So
3645                          * definitely increase the budget of this good
3646                          * candidate to boost the disk throughput.
3647                          */
3648                         budget = min(budget * 4, bfqd->bfq_max_budget);
3649                         break;
3650                 case BFQQE_NO_MORE_REQUESTS:
3651                         /*
3652                          * For queues that expire for this reason, it
3653                          * is particularly important to keep the
3654                          * budget close to the actual service they
3655                          * need. Doing so reduces the timestamp
3656                          * misalignment problem described in the
3657                          * comments in the body of
3658                          * __bfq_activate_entity. In fact, suppose
3659                          * that a queue systematically expires for
3660                          * BFQQE_NO_MORE_REQUESTS and presents a
3661                          * new request in time to enjoy timestamp
3662                          * back-shifting. The larger the budget of the
3663                          * queue is with respect to the service the
3664                          * queue actually requests in each service
3665                          * slot, the more times the queue can be
3666                          * reactivated with the same virtual finish
3667                          * time. It follows that, even if this finish
3668                          * time is pushed to the system virtual time
3669                          * to reduce the consequent timestamp
3670                          * misalignment, the queue unjustly enjoys for
3671                          * many re-activations a lower finish time
3672                          * than all newly activated queues.
3673                          *
3674                          * The service needed by bfqq is measured
3675                          * quite precisely by bfqq->entity.service.
3676                          * Since bfqq does not enjoy device idling,
3677                          * bfqq->entity.service is equal to the number
3678                          * of sectors that the process associated with
3679                          * bfqq requested to read/write before waiting
3680                          * for request completions, or blocking for
3681                          * other reasons.
3682                          */
3683                         budget = max_t(int, bfqq->entity.service, min_budget);
3684                         break;
3685                 default:
3686                         return;
3687                 }
3688         } else if (!bfq_bfqq_sync(bfqq)) {
3689                 /*
3690                  * Async queues get always the maximum possible
3691                  * budget, as for them we do not care about latency
3692                  * (in addition, their ability to dispatch is limited
3693                  * by the charging factor).
3694                  */
3695                 budget = bfqd->bfq_max_budget;
3696         }
3697
3698         bfqq->max_budget = budget;
3699
3700         if (bfqd->budgets_assigned >= bfq_stats_min_budgets &&
3701             !bfqd->bfq_user_max_budget)
3702                 bfqq->max_budget = min(bfqq->max_budget, bfqd->bfq_max_budget);
3703
3704         /*
3705          * If there is still backlog, then assign a new budget, making
3706          * sure that it is large enough for the next request.  Since
3707          * the finish time of bfqq must be kept in sync with the
3708          * budget, be sure to call __bfq_bfqq_expire() *after* this
3709          * update.
3710          *
3711          * If there is no backlog, then no need to update the budget;
3712          * it will be updated on the arrival of a new request.
3713          */
3714         next_rq = bfqq->next_rq;
3715         if (next_rq)
3716                 bfqq->entity.budget = max_t(unsigned long, bfqq->max_budget,
3717                                             bfq_serv_to_charge(next_rq, bfqq));
3718
3719         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "head sect: %u, new budget %d",
3720                         next_rq ? blk_rq_sectors(next_rq) : 0,
3721                         bfqq->entity.budget);
3722 }
3723
3724 /*
3725  * Return true if the process associated with bfqq is "slow". The slow
3726  * flag is used, in addition to the budget timeout, to reduce the
3727  * amount of service provided to seeky processes, and thus reduce
3728  * their chances to lower the throughput. More details in the comments
3729  * on the function bfq_bfqq_expire().
3730  *
3731  * An important observation is in order: as discussed in the comments
3732  * on the function bfq_update_peak_rate(), with devices with internal
3733  * queues, it is hard if ever possible to know when and for how long
3734  * an I/O request is processed by the device (apart from the trivial
3735  * I/O pattern where a new request is dispatched only after the
3736  * previous one has been completed). This makes it hard to evaluate
3737  * the real rate at which the I/O requests of each bfq_queue are
3738  * served.  In fact, for an I/O scheduler like BFQ, serving a
3739  * bfq_queue means just dispatching its requests during its service
3740  * slot (i.e., until the budget of the queue is exhausted, or the
3741  * queue remains idle, or, finally, a timeout fires). But, during the
3742  * service slot of a bfq_queue, around 100 ms at most, the device may
3743  * be even still processing requests of bfq_queues served in previous
3744  * service slots. On the opposite end, the requests of the in-service
3745  * bfq_queue may be completed after the service slot of the queue
3746  * finishes.
3747  *
3748  * Anyway, unless more sophisticated solutions are used
3749  * (where possible), the sum of the sizes of the requests dispatched
3750  * during the service slot of a bfq_queue is probably the only
3751  * approximation available for the service received by the bfq_queue
3752  * during its service slot. And this sum is the quantity used in this
3753  * function to evaluate the I/O speed of a process.
3754  */
3755 static bool bfq_bfqq_is_slow(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
3756                                  bool compensate, enum bfqq_expiration reason,
3757                                  unsigned long *delta_ms)
3758 {
3759         ktime_t delta_ktime;
3760         u32 delta_usecs;
3761         bool slow = BFQQ_SEEKY(bfqq); /* if delta too short, use seekyness */
3762
3763         if (!bfq_bfqq_sync(bfqq))
3764                 return false;
3765
3766         if (compensate)
3767                 delta_ktime = bfqd->last_idling_start;
3768         else
3769                 delta_ktime = ktime_get();
3770         delta_ktime = ktime_sub(delta_ktime, bfqd->last_budget_start);
3771         delta_usecs = ktime_to_us(delta_ktime);
3772
3773         /* don't use too short time intervals */
3774         if (delta_usecs < 1000) {
3775                 if (blk_queue_nonrot(bfqd->queue))
3776                          /*
3777                           * give same worst-case guarantees as idling
3778                           * for seeky
3779                           */
3780                         *delta_ms = BFQ_MIN_TT / NSEC_PER_MSEC;
3781                 else /* charge at least one seek */
3782                         *delta_ms = bfq_slice_idle / NSEC_PER_MSEC;
3783
3784                 return slow;
3785         }
3786
3787         *delta_ms = delta_usecs / USEC_PER_MSEC;
3788
3789         /*
3790          * Use only long (> 20ms) intervals to filter out excessive
3791          * spikes in service rate estimation.
3792          */
3793         if (delta_usecs > 20000) {
3794                 /*
3795                  * Caveat for rotational devices: processes doing I/O
3796                  * in the slower disk zones tend to be slow(er) even
3797                  * if not seeky. In this respect, the estimated peak
3798                  * rate is likely to be an average over the disk
3799                  * surface. Accordingly, to not be too harsh with
3800                  * unlucky processes, a process is deemed slow only if
3801                  * its rate has been lower than half of the estimated
3802                  * peak rate.
3803                  */
3804                 slow = bfqq->entity.service < bfqd->bfq_max_budget / 2;
3805         }
3806
3807         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "bfq_bfqq_is_slow: slow %d", slow);
3808
3809         return slow;
3810 }
3811
3812 /*
3813  * To be deemed as soft real-time, an application must meet two
3814  * requirements. First, the application must not require an average
3815  * bandwidth higher than the approximate bandwidth required to playback or
3816  * record a compressed high-definition video.
3817  * The next function is invoked on the completion of the last request of a
3818  * batch, to compute the next-start time instant, soft_rt_next_start, such
3819  * that, if the next request of the application does not arrive before
3820  * soft_rt_next_start, then the above requirement on the bandwidth is met.
3821  *
3822  * The second requirement is that the request pattern of the application is
3823  * isochronous, i.e., that, after issuing a request or a batch of requests,
3824  * the application stops issuing new requests until all its pending requests
3825  * have been completed. After that, the application may issue a new batch,
3826  * and so on.
3827  * For this reason the next function is invoked to compute
3828  * soft_rt_next_start only for applications that meet this requirement,
3829  * whereas soft_rt_next_start is set to infinity for applications that do
3830  * not.
3831  *
3832  * Unfortunately, even a greedy (i.e., I/O-bound) application may
3833  * happen to meet, occasionally or systematically, both the above
3834  * bandwidth and isochrony requirements. This may happen at least in
3835  * the following circumstances. First, if the CPU load is high. The
3836  * application may stop issuing requests while the CPUs are busy
3837  * serving other processes, then restart, then stop again for a while,
3838  * and so on. The other circumstances are related to the storage
3839  * device: the storage device is highly loaded or reaches a low-enough
3840  * throughput with the I/O of the application (e.g., because the I/O
3841  * is random and/or the device is slow). In all these cases, the
3842  * I/O of the application may be simply slowed down enough to meet
3843  * the bandwidth and isochrony requirements. To reduce the probability
3844  * that greedy applications are deemed as soft real-time in these
3845  * corner cases, a further rule is used in the computation of
3846  * soft_rt_next_start: the return value of this function is forced to
3847  * be higher than the maximum between the following two quantities.
3848  *
3849  * (a) Current time plus: (1) the maximum time for which the arrival
3850  *     of a request is waited for when a sync queue becomes idle,
3851  *     namely bfqd->bfq_slice_idle, and (2) a few extra jiffies. We
3852  *     postpone for a moment the reason for adding a few extra
3853  *     jiffies; we get back to it after next item (b).  Lower-bounding
3854  *     the return value of this function with the current time plus
3855  *     bfqd->bfq_slice_idle tends to filter out greedy applications,
3856  *     because the latter issue their next request as soon as possible
3857  *     after the last one has been completed. In contrast, a soft
3858  *     real-time application spends some time processing data, after a
3859  *     batch of its requests has been completed.
3860  *
3861  * (b) Current value of bfqq->soft_rt_next_start. As pointed out
3862  *     above, greedy applications may happen to meet both the
3863  *     bandwidth and isochrony requirements under heavy CPU or
3864  *     storage-device load. In more detail, in these scenarios, these
3865  *     applications happen, only for limited time periods, to do I/O
3866  *     slowly enough to meet all the requirements described so far,
3867  *     including the filtering in above item (a). These slow-speed
3868  *     time intervals are usually interspersed between other time
3869  *     intervals during which these applications do I/O at a very high
3870  *     speed. Fortunately, exactly because of the high speed of the
3871  *     I/O in the high-speed intervals, the values returned by this
3872  *     function happen to be so high, near the end of any such
3873  *     high-speed interval, to be likely to fall *after* the end of
3874  *     the low-speed time interval that follows. These high values are
3875  *     stored in bfqq->soft_rt_next_start after each invocation of
3876  *     this function. As a consequence, if the last value of
3877  *     bfqq->soft_rt_next_start is constantly used to lower-bound the
3878  *     next value that this function may return, then, from the very
3879  *     beginning of a low-speed interval, bfqq->soft_rt_next_start is
3880  *     likely to be constantly kept so high that any I/O request
3881  *     issued during the low-speed interval is considered as arriving
3882  *     to soon for the application to be deemed as soft
3883  *     real-time. Then, in the high-speed interval that follows, the
3884  *     application will not be deemed as soft real-time, just because
3885  *     it will do I/O at a high speed. And so on.
3886  *
3887  * Getting back to the filtering in item (a), in the following two
3888  * cases this filtering might be easily passed by a greedy
3889  * application, if the reference quantity was just
3890  * bfqd->bfq_slice_idle:
3891  * 1) HZ is so low that the duration of a jiffy is comparable to or
3892  *    higher than bfqd->bfq_slice_idle. This happens, e.g., on slow
3893  *    devices with HZ=100. The time granularity may be so coarse
3894  *    that the approximation, in jiffies, of bfqd->bfq_slice_idle
3895  *    is rather lower than the exact value.
3896  * 2) jiffies, instead of increasing at a constant rate, may stop increasing
3897  *    for a while, then suddenly 'jump' by several units to recover the lost
3898  *    increments. This seems to happen, e.g., inside virtual machines.
3899  * To address this issue, in the filtering in (a) we do not use as a
3900  * reference time interval just bfqd->bfq_slice_idle, but
3901  * bfqd->bfq_slice_idle plus a few jiffies. In particular, we add the
3902  * minimum number of jiffies for which the filter seems to be quite
3903  * precise also in embedded systems and KVM/QEMU virtual machines.
3904  */
3905 static unsigned long bfq_bfqq_softrt_next_start(struct bfq_data *bfqd,
3906                                                 struct bfq_queue *bfqq)
3907 {
3908         return max3(bfqq->soft_rt_next_start,
3909                     bfqq->last_idle_bklogged +
3910                     HZ * bfqq->service_from_backlogged /
3911                     bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate,
3912                     jiffies + nsecs_to_jiffies(bfqq->bfqd->bfq_slice_idle) + 4);
3913 }
3914
3915 /**
3916  * bfq_bfqq_expire - expire a queue.
3917  * @bfqd: device owning the queue.
3918  * @bfqq: the queue to expire.
3919  * @compensate: if true, compensate for the time spent idling.
3920  * @reason: the reason causing the expiration.
3921  *
3922  * If the process associated with bfqq does slow I/O (e.g., because it
3923  * issues random requests), we charge bfqq with the time it has been
3924  * in service instead of the service it has received (see
3925  * bfq_bfqq_charge_time for details on how this goal is achieved). As
3926  * a consequence, bfqq will typically get higher timestamps upon
3927  * reactivation, and hence it will be rescheduled as if it had
3928  * received more service than what it has actually received. In the
3929  * end, bfqq receives less service in proportion to how slowly its
3930  * associated process consumes its budgets (and hence how seriously it
3931  * tends to lower the throughput). In addition, this time-charging
3932  * strategy guarantees time fairness among slow processes. In
3933  * contrast, if the process associated with bfqq is not slow, we
3934  * charge bfqq exactly with the service it has received.
3935  *
3936  * Charging time to the first type of queues and the exact service to
3937  * the other has the effect of using the WF2Q+ policy to schedule the
3938  * former on a timeslice basis, without violating service domain
3939  * guarantees among the latter.
3940  */
3941 void bfq_bfqq_expire(struct bfq_data *bfqd,
3942                      struct bfq_queue *bfqq,
3943                      bool compensate,
3944                      enum bfqq_expiration reason)
3945 {
3946         bool slow;
3947         unsigned long delta = 0;
3948         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
3949
3950         /*
3951          * Check whether the process is slow (see bfq_bfqq_is_slow).
3952          */
3953         slow = bfq_bfqq_is_slow(bfqd, bfqq, compensate, reason, &delta);
3954
3955         /*
3956          * As above explained, charge slow (typically seeky) and
3957          * timed-out queues with the time and not the service
3958          * received, to favor sequential workloads.
3959          *
3960          * Processes doing I/O in the slower disk zones will tend to
3961          * be slow(er) even if not seeky. Therefore, since the
3962          * estimated peak rate is actually an average over the disk
3963          * surface, these processes may timeout just for bad luck. To
3964          * avoid punishing them, do not charge time to processes that
3965          * succeeded in consuming at least 2/3 of their budget. This
3966          * allows BFQ to preserve enough elasticity to still perform
3967          * bandwidth, and not time, distribution with little unlucky
3968          * or quasi-sequential processes.
3969          */
3970         if (bfqq->wr_coeff == 1 &&
3971             (slow ||
3972              (reason == BFQQE_BUDGET_TIMEOUT &&
3973               bfq_bfqq_budget_left(bfqq) >=  entity->budget / 3)))
3974                 bfq_bfqq_charge_time(bfqd, bfqq, delta);
3975
3976         if (reason == BFQQE_TOO_IDLE &&
3977             entity->service <= 2 * entity->budget / 10)
3978                 bfq_clear_bfqq_IO_bound(bfqq);
3979
3980         if (bfqd->low_latency && bfqq->wr_coeff == 1)
3981                 bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
3982
3983         if (bfqd->low_latency && bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate > 0 &&
3984             RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list)) {
3985                 /*
3986                  * If we get here, and there are no outstanding
3987                  * requests, then the request pattern is isochronous
3988                  * (see the comments on the function
3989                  * bfq_bfqq_softrt_next_start()). Thus we can compute
3990                  * soft_rt_next_start. And we do it, unless bfqq is in
3991                  * interactive weight raising. We do not do it in the
3992                  * latter subcase, for the following reason. bfqq may
3993                  * be conveying the I/O needed to load a soft
3994                  * real-time application. Such an application will
3995                  * actually exhibit a soft real-time I/O pattern after
3996                  * it finally starts doing its job. But, if
3997                  * soft_rt_next_start is computed here for an
3998                  * interactive bfqq, and bfqq had received a lot of
3999                  * service before remaining with no outstanding
4000                  * request (likely to happen on a fast device), then
4001                  * soft_rt_next_start would be assigned such a high
4002                  * value that, for a very long time, bfqq would be
4003                  * prevented from being possibly considered as soft
4004                  * real time.
4005                  *
4006                  * If, instead, the queue still has outstanding
4007                  * requests, then we have to wait for the completion
4008                  * of all the outstanding requests to discover whether
4009                  * the request pattern is actually isochronous.
4010                  */
4011                 if (bfqq->dispatched == 0 &&
4012                     bfqq->wr_coeff != bfqd->bfq_wr_coeff)
4013                         bfqq->soft_rt_next_start =
4014                                 bfq_bfqq_softrt_next_start(bfqd, bfqq);
4015                 else if (bfqq->dispatched > 0) {
4016                         /*
4017                          * Schedule an update of soft_rt_next_start to when
4018                          * the task may be discovered to be isochronous.
4019                          */
4020                         bfq_mark_bfqq_softrt_update(bfqq);
4021                 }
4022         }
4023
4024         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq,
4025                 "expire (%d, slow %d, num_disp %d, short_ttime %d)", reason,
4026                 slow, bfqq->dispatched, bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq));
4027
4028         /*
4029          * bfqq expired, so no total service time needs to be computed
4030          * any longer: reset state machine for measuring total service
4031          * times.
4032          */
4033         bfqd->rqs_injected = bfqd->wait_dispatch = false;
4034         bfqd->waited_rq = NULL;
4035
4036         /*
4037          * Increase, decrease or leave budget unchanged according to
4038          * reason.
4039          */
4040         __bfq_bfqq_recalc_budget(bfqd, bfqq, reason);
4041         if (__bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, reason))
4042                 /* bfqq is gone, no more actions on it */
4043                 return;
4044
4045         /* mark bfqq as waiting a request only if a bic still points to it */
4046         if (!bfq_bfqq_busy(bfqq) &&
4047             reason != BFQQE_BUDGET_TIMEOUT &&
4048             reason != BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED) {
4049                 bfq_mark_bfqq_non_blocking_wait_rq(bfqq);
4050                 /*
4051                  * Not setting service to 0, because, if the next rq
4052                  * arrives in time, the queue will go on receiving
4053                  * service with this same budget (as if it never expired)
4054                  */
4055         } else
4056                 entity->service = 0;
4057
4058         /*
4059          * Reset the received-service counter for every parent entity.
4060          * Differently from what happens with bfqq->entity.service,
4061          * the resetting of this counter never needs to be postponed
4062          * for parent entities. In fact, in case bfqq may have a
4063          * chance to go on being served using the last, partially
4064          * consumed budget, bfqq->entity.service needs to be kept,
4065          * because if bfqq then actually goes on being served using
4066          * the same budget, the last value of bfqq->entity.service is
4067          * needed to properly decrement bfqq->entity.budget by the
4068          * portion already consumed. In contrast, it is not necessary
4069          * to keep entity->service for parent entities too, because
4070          * the bubble up of the new value of bfqq->entity.budget will
4071          * make sure that the budgets of parent entities are correct,
4072          * even in case bfqq and thus parent entities go on receiving
4073          * service with the same budget.
4074          */
4075         entity = entity->parent;
4076         for_each_entity(entity)
4077                 entity->service = 0;
4078 }
4079
4080 /*
4081  * Budget timeout is not implemented through a dedicated timer, but
4082  * just checked on request arrivals and completions, as well as on
4083  * idle timer expirations.
4084  */
4085 static bool bfq_bfqq_budget_timeout(struct bfq_queue *bfqq)
4086 {
4087         return time_is_before_eq_jiffies(bfqq->budget_timeout);
4088 }
4089
4090 /*
4091  * If we expire a queue that is actively waiting (i.e., with the
4092  * device idled) for the arrival of a new request, then we may incur
4093  * the timestamp misalignment problem described in the body of the
4094  * function __bfq_activate_entity. Hence we return true only if this
4095  * condition does not hold, or if the queue is slow enough to deserve
4096  * only to be kicked off for preserving a high throughput.
4097  */
4098 static bool bfq_may_expire_for_budg_timeout(struct bfq_queue *bfqq)
4099 {
4100         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq,
4101                 "may_budget_timeout: wait_request %d left %d timeout %d",
4102                 bfq_bfqq_wait_request(bfqq),
4103                         bfq_bfqq_budget_left(bfqq) >=  bfqq->entity.budget / 3,
4104                 bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq));
4105
4106         return (!bfq_bfqq_wait_request(bfqq) ||
4107                 bfq_bfqq_budget_left(bfqq) >=  bfqq->entity.budget / 3)
4108                 &&
4109                 bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq);
4110 }
4111
4112 static bool idling_boosts_thr_without_issues(struct bfq_data *bfqd,
4113                                              struct bfq_queue *bfqq)
4114 {
4115         bool rot_without_queueing =
4116                 !blk_queue_nonrot(bfqd->queue) && !bfqd->hw_tag,
4117                 bfqq_sequential_and_IO_bound,
4118                 idling_boosts_thr;
4119
4120         /* No point in idling for bfqq if it won't get requests any longer */
4121         if (unlikely(!bfqq_process_refs(bfqq)))
4122                 return false;
4123
4124         bfqq_sequential_and_IO_bound = !BFQQ_SEEKY(bfqq) &&
4125                 bfq_bfqq_IO_bound(bfqq) && bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
4126
4127         /*
4128          * The next variable takes into account the cases where idling
4129          * boosts the throughput.
4130          *
4131          * The value of the variable is computed considering, first, that
4132          * idling is virtually always beneficial for the throughput if:
4133          * (a) the device is not NCQ-capable and rotational, or
4134          * (b) regardless of the presence of NCQ, the device is rotational and
4135          *     the request pattern for bfqq is I/O-bound and sequential, or
4136          * (c) regardless of whether it is rotational, the device is
4137          *     not NCQ-capable and the request pattern for bfqq is
4138          *     I/O-bound and sequential.
4139          *
4140          * Secondly, and in contrast to the above item (b), idling an
4141          * NCQ-capable flash-based device would not boost the
4142          * throughput even with sequential I/O; rather it would lower
4143          * the throughput in proportion to how fast the device
4144          * is. Accordingly, the next variable is true if any of the
4145          * above conditions (a), (b) or (c) is true, and, in
4146          * particular, happens to be false if bfqd is an NCQ-capable
4147          * flash-based device.
4148          */
4149         idling_boosts_thr = rot_without_queueing ||
4150                 ((!blk_queue_nonrot(bfqd->queue) || !bfqd->hw_tag) &&
4151                  bfqq_sequential_and_IO_bound);
4152
4153         /*
4154          * The return value of this function is equal to that of
4155          * idling_boosts_thr, unless a special case holds. In this
4156          * special case, described below, idling may cause problems to
4157          * weight-raised queues.
4158          *
4159          * When the request pool is saturated (e.g., in the presence
4160          * of write hogs), if the processes associated with
4161          * non-weight-raised queues ask for requests at a lower rate,
4162          * then processes associated with weight-raised queues have a
4163          * higher probability to get a request from the pool
4164          * immediately (or at least soon) when they need one. Thus
4165          * they have a higher probability to actually get a fraction
4166          * of the device throughput proportional to their high
4167          * weight. This is especially true with NCQ-capable drives,
4168          * which enqueue several requests in advance, and further
4169          * reorder internally-queued requests.
4170          *
4171          * For this reason, we force to false the return value if
4172          * there are weight-raised busy queues. In this case, and if
4173          * bfqq is not weight-raised, this guarantees that the device
4174          * is not idled for bfqq (if, instead, bfqq is weight-raised,
4175          * then idling will be guaranteed by another variable, see
4176          * below). Combined with the timestamping rules of BFQ (see
4177          * [1] for details), this behavior causes bfqq, and hence any
4178          * sync non-weight-raised queue, to get a lower number of
4179          * requests served, and thus to ask for a lower number of
4180          * requests from the request pool, before the busy
4181          * weight-raised queues get served again. This often mitigates
4182          * starvation problems in the presence of heavy write
4183          * workloads and NCQ, thereby guaranteeing a higher
4184          * application and system responsiveness in these hostile
4185          * scenarios.
4186          */
4187         return idling_boosts_thr &&
4188                 bfqd->wr_busy_queues == 0;
4189 }
4190
4191 /*
4192  * For a queue that becomes empty, device idling is allowed only if
4193  * this function returns true for that queue. As a consequence, since
4194  * device idling plays a critical role for both throughput boosting
4195  * and service guarantees, the return value of this function plays a
4196  * critical role as well.
4197  *
4198  * In a nutshell, this function returns true only if idling is
4199  * beneficial for throughput or, even if detrimental for throughput,
4200  * idling is however necessary to preserve service guarantees (low
4201  * latency, desired throughput distribution, ...). In particular, on
4202  * NCQ-capable devices, this function tries to return false, so as to
4203  * help keep the drives' internal queues full, whenever this helps the
4204  * device boost the throughput without causing any service-guarantee
4205  * issue.
4206  *
4207  * Most of the issues taken into account to get the return value of
4208  * this function are not trivial. We discuss these issues in the two
4209  * functions providing the main pieces of information needed by this
4210  * function.
4211  */
4212 static bool bfq_better_to_idle(struct bfq_queue *bfqq)
4213 {
4214         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
4215         bool idling_boosts_thr_with_no_issue, idling_needed_for_service_guar;
4216
4217         /* No point in idling for bfqq if it won't get requests any longer */
4218         if (unlikely(!bfqq_process_refs(bfqq)))
4219                 return false;
4220
4221         if (unlikely(bfqd->strict_guarantees))
4222                 return true;
4223
4224         /*
4225          * Idling is performed only if slice_idle > 0. In addition, we
4226          * do not idle if
4227          * (a) bfqq is async
4228          * (b) bfqq is in the idle io prio class: in this case we do
4229          * not idle because we want to minimize the bandwidth that
4230          * queues in this class can steal to higher-priority queues
4231          */
4232         if (bfqd->bfq_slice_idle == 0 || !bfq_bfqq_sync(bfqq) ||
4233            bfq_class_idle(bfqq))
4234                 return false;
4235
4236         idling_boosts_thr_with_no_issue =
4237                 idling_boosts_thr_without_issues(bfqd, bfqq);
4238
4239         idling_needed_for_service_guar =
4240                 idling_needed_for_service_guarantees(bfqd, bfqq);
4241
4242         /*
4243          * We have now the two components we need to compute the
4244          * return value of the function, which is true only if idling
4245          * either boosts the throughput (without issues), or is
4246          * necessary to preserve service guarantees.
4247          */
4248         return idling_boosts_thr_with_no_issue ||
4249                 idling_needed_for_service_guar;
4250 }
4251
4252 /*
4253  * If the in-service queue is empty but the function bfq_better_to_idle
4254  * returns true, then:
4255  * 1) the queue must remain in service and cannot be expired, and
4256  * 2) the device must be idled to wait for the possible arrival of a new
4257  *    request for the queue.
4258  * See the comments on the function bfq_better_to_idle for the reasons
4259  * why performing device idling is the best choice to boost the throughput
4260  * and preserve service guarantees when bfq_better_to_idle itself
4261  * returns true.
4262  */
4263 static bool bfq_bfqq_must_idle(struct bfq_queue *bfqq)
4264 {
4265         return RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) && bfq_better_to_idle(bfqq);
4266 }
4267
4268 /*
4269  * This function chooses the queue from which to pick the next extra
4270  * I/O request to inject, if it finds a compatible queue. See the
4271  * comments on bfq_update_inject_limit() for details on the injection
4272  * mechanism, and for the definitions of the quantities mentioned
4273  * below.
4274  */
4275 static struct bfq_queue *
4276 bfq_choose_bfqq_for_injection(struct bfq_data *bfqd)
4277 {
4278         struct bfq_queue *bfqq, *in_serv_bfqq = bfqd->in_service_queue;
4279         unsigned int limit = in_serv_bfqq->inject_limit;
4280         /*
4281          * If
4282          * - bfqq is not weight-raised and therefore does not carry
4283          *   time-critical I/O,
4284          * or
4285          * - regardless of whether bfqq is weight-raised, bfqq has
4286          *   however a long think time, during which it can absorb the
4287          *   effect of an appropriate number of extra I/O requests
4288          *   from other queues (see bfq_update_inject_limit for
4289          *   details on the computation of this number);
4290          * then injection can be performed without restrictions.
4291          */
4292         bool in_serv_always_inject = in_serv_bfqq->wr_coeff == 1 ||
4293                 !bfq_bfqq_has_short_ttime(in_serv_bfqq);
4294
4295         /*
4296          * If
4297          * - the baseline total service time could not be sampled yet,
4298          *   so the inject limit happens to be still 0, and
4299          * - a lot of time has elapsed since the plugging of I/O
4300          *   dispatching started, so drive speed is being wasted
4301          *   significantly;
4302          * then temporarily raise inject limit to one request.
4303          */
4304         if (limit == 0 && in_serv_bfqq->last_serv_time_ns == 0 &&
4305             bfq_bfqq_wait_request(in_serv_bfqq) &&
4306             time_is_before_eq_jiffies(bfqd->last_idling_start_jiffies +
4307                                       bfqd->bfq_slice_idle)
4308                 )
4309                 limit = 1;
4310
4311         if (bfqd->rq_in_driver >= limit)
4312                 return NULL;
4313
4314         /*
4315          * Linear search of the source queue for injection; but, with
4316          * a high probability, very few steps are needed to find a
4317          * candidate queue, i.e., a queue with enough budget left for
4318          * its next request. In fact:
4319          * - BFQ dynamically updates the budget of every queue so as
4320          *   to accommodate the expected backlog of the queue;
4321          * - if a queue gets all its requests dispatched as injected
4322          *   service, then the queue is removed from the active list
4323          *   (and re-added only if it gets new requests, but then it
4324          *   is assigned again enough budget for its new backlog).
4325          */
4326         list_for_each_entry(bfqq, &bfqd->active_list, bfqq_list)
4327                 if (!RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) &&
4328                     (in_serv_always_inject || bfqq->wr_coeff > 1) &&
4329                     bfq_serv_to_charge(bfqq->next_rq, bfqq) <=
4330                     bfq_bfqq_budget_left(bfqq)) {
4331                         /*
4332                          * Allow for only one large in-flight request
4333                          * on non-rotational devices, for the
4334                          * following reason. On non-rotationl drives,
4335                          * large requests take much longer than
4336                          * smaller requests to be served. In addition,
4337                          * the drive prefers to serve large requests
4338                          * w.r.t. to small ones, if it can choose. So,
4339                          * having more than one large requests queued
4340                          * in the drive may easily make the next first
4341                          * request of the in-service queue wait for so
4342                          * long to break bfqq's service guarantees. On
4343                          * the bright side, large requests let the
4344                          * drive reach a very high throughput, even if
4345                          * there is only one in-flight large request
4346                          * at a time.
4347                          */
4348                         if (blk_queue_nonrot(bfqd->queue) &&
4349                             blk_rq_sectors(bfqq->next_rq) >=
4350                             BFQQ_SECT_THR_NONROT)
4351                                 limit = min_t(unsigned int, 1, limit);
4352                         else
4353                                 limit = in_serv_bfqq->inject_limit;
4354
4355                         if (bfqd->rq_in_driver < limit) {
4356                                 bfqd->rqs_injected = true;
4357                                 return bfqq;
4358                         }
4359                 }
4360
4361         return NULL;
4362 }
4363
4364 /*
4365  * Select a queue for service.  If we have a current queue in service,
4366  * check whether to continue servicing it, or retrieve and set a new one.
4367  */
4368 static struct bfq_queue *bfq_select_queue(struct bfq_data *bfqd)
4369 {
4370         struct bfq_queue *bfqq;
4371         struct request *next_rq;
4372         enum bfqq_expiration reason = BFQQE_BUDGET_TIMEOUT;
4373
4374         bfqq = bfqd->in_service_queue;
4375         if (!bfqq)
4376                 goto new_queue;
4377
4378         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "select_queue: already in-service queue");
4379
4380         /*
4381          * Do not expire bfqq for budget timeout if bfqq may be about
4382          * to enjoy device idling. The reason why, in this case, we
4383          * prevent bfqq from expiring is the same as in the comments
4384          * on the case where bfq_bfqq_must_idle() returns true, in
4385          * bfq_completed_request().
4386          */
4387         if (bfq_may_expire_for_budg_timeout(bfqq) &&
4388             !bfq_bfqq_must_idle(bfqq))
4389                 goto expire;
4390
4391 check_queue:
4392         /*
4393          * This loop is rarely executed more than once. Even when it
4394          * happens, it is much more convenient to re-execute this loop
4395          * than to return NULL and trigger a new dispatch to get a
4396          * request served.
4397          */
4398         next_rq = bfqq->next_rq;
4399         /*
4400          * If bfqq has requests queued and it has enough budget left to
4401          * serve them, keep the queue, otherwise expire it.
4402          */
4403         if (next_rq) {
4404                 if (bfq_serv_to_charge(next_rq, bfqq) >
4405                         bfq_bfqq_budget_left(bfqq)) {
4406                         /*
4407                          * Expire the queue for budget exhaustion,
4408                          * which makes sure that the next budget is
4409                          * enough to serve the next request, even if
4410                          * it comes from the fifo expired path.
4411                          */
4412                         reason = BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED;
4413                         goto expire;
4414                 } else {
4415                         /*
4416                          * The idle timer may be pending because we may
4417                          * not disable disk idling even when a new request
4418                          * arrives.
4419                          */
4420                         if (bfq_bfqq_wait_request(bfqq)) {
4421                                 /*
4422                                  * If we get here: 1) at least a new request
4423                                  * has arrived but we have not disabled the
4424                                  * timer because the request was too small,
4425                                  * 2) then the block layer has unplugged
4426                                  * the device, causing the dispatch to be
4427                                  * invoked.
4428                                  *
4429                                  * Since the device is unplugged, now the
4430                                  * requests are probably large enough to
4431                                  * provide a reasonable throughput.
4432                                  * So we disable idling.
4433                                  */
4434                                 bfq_clear_bfqq_wait_request(bfqq);
4435                                 hrtimer_try_to_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
4436                         }
4437                         goto keep_queue;
4438                 }
4439         }
4440
4441         /*
4442          * No requests pending. However, if the in-service queue is idling
4443          * for a new request, or has requests waiting for a completion and
4444          * may idle after their completion, then keep it anyway.
4445          *
4446          * Yet, inject service from other queues if it boosts
4447          * throughput and is possible.
4448          */
4449         if (bfq_bfqq_wait_request(bfqq) ||
4450             (bfqq->dispatched != 0 && bfq_better_to_idle(bfqq))) {
4451                 struct bfq_queue *async_bfqq =
4452                         bfqq->bic && bfqq->bic->bfqq[0] &&
4453                         bfq_bfqq_busy(bfqq->bic->bfqq[0]) &&
4454                         bfqq->bic->bfqq[0]->next_rq ?
4455                         bfqq->bic->bfqq[0] : NULL;
4456
4457                 /*
4458                  * The next three mutually-exclusive ifs decide
4459                  * whether to try injection, and choose the queue to
4460                  * pick an I/O request from.
4461                  *
4462                  * The first if checks whether the process associated
4463                  * with bfqq has also async I/O pending. If so, it
4464                  * injects such I/O unconditionally. Injecting async
4465                  * I/O from the same process can cause no harm to the
4466                  * process. On the contrary, it can only increase
4467                  * bandwidth and reduce latency for the process.
4468                  *
4469                  * The second if checks whether there happens to be a
4470                  * non-empty waker queue for bfqq, i.e., a queue whose
4471                  * I/O needs to be completed for bfqq to receive new
4472                  * I/O. This happens, e.g., if bfqq is associated with
4473                  * a process that does some sync. A sync generates
4474                  * extra blocking I/O, which must be completed before
4475                  * the process associated with bfqq can go on with its
4476                  * I/O. If the I/O of the waker queue is not served,
4477                  * then bfqq remains empty, and no I/O is dispatched,
4478                  * until the idle timeout fires for bfqq. This is
4479                  * likely to result in lower bandwidth and higher
4480                  * latencies for bfqq, and in a severe loss of total
4481                  * throughput. The best action to take is therefore to
4482                  * serve the waker queue as soon as possible. So do it
4483                  * (without relying on the third alternative below for
4484                  * eventually serving waker_bfqq's I/O; see the last
4485                  * paragraph for further details). This systematic
4486                  * injection of I/O from the waker queue does not
4487                  * cause any delay to bfqq's I/O. On the contrary,
4488                  * next bfqq's I/O is brought forward dramatically,
4489                  * for it is not blocked for milliseconds.
4490                  *
4491                  * The third if checks whether bfqq is a queue for
4492                  * which it is better to avoid injection. It is so if
4493                  * bfqq delivers more throughput when served without
4494                  * any further I/O from other queues in the middle, or
4495                  * if the service times of bfqq's I/O requests both
4496                  * count more than overall throughput, and may be
4497                  * easily increased by injection (this happens if bfqq
4498                  * has a short think time). If none of these
4499                  * conditions holds, then a candidate queue for
4500                  * injection is looked for through
4501                  * bfq_choose_bfqq_for_injection(). Note that the
4502                  * latter may return NULL (for example if the inject
4503                  * limit for bfqq is currently 0).
4504                  *
4505                  * NOTE: motivation for the second alternative
4506                  *
4507                  * Thanks to the way the inject limit is updated in
4508                  * bfq_update_has_short_ttime(), it is rather likely
4509                  * that, if I/O is being plugged for bfqq and the
4510                  * waker queue has pending I/O requests that are
4511                  * blocking bfqq's I/O, then the third alternative
4512                  * above lets the waker queue get served before the
4513                  * I/O-plugging timeout fires. So one may deem the
4514                  * second alternative superfluous. It is not, because
4515                  * the third alternative may be way less effective in
4516                  * case of a synchronization. For two main
4517                  * reasons. First, throughput may be low because the
4518                  * inject limit may be too low to guarantee the same
4519                  * amount of injected I/O, from the waker queue or
4520                  * other queues, that the second alternative
4521                  * guarantees (the second alternative unconditionally
4522                  * injects a pending I/O request of the waker queue
4523                  * for each bfq_dispatch_request()). Second, with the
4524                  * third alternative, the duration of the plugging,
4525                  * i.e., the time before bfqq finally receives new I/O,
4526                  * may not be minimized, because the waker queue may
4527                  * happen to be served only after other queues.
4528                  */
4529                 if (async_bfqq &&
4530                     icq_to_bic(async_bfqq->next_rq->elv.icq) == bfqq->bic &&
4531                     bfq_serv_to_charge(async_bfqq->next_rq, async_bfqq) <=
4532                     bfq_bfqq_budget_left(async_bfqq))
4533                         bfqq = bfqq->bic->bfqq[0];
4534                 else if (bfq_bfqq_has_waker(bfqq) &&
4535                            bfq_bfqq_busy(bfqq->waker_bfqq) &&
4536                            bfqq->next_rq &&
4537                            bfq_serv_to_charge(bfqq->waker_bfqq->next_rq,
4538                                               bfqq->waker_bfqq) <=
4539                            bfq_bfqq_budget_left(bfqq->waker_bfqq)
4540                         )
4541                         bfqq = bfqq->waker_bfqq;
4542                 else if (!idling_boosts_thr_without_issues(bfqd, bfqq) &&
4543                          (bfqq->wr_coeff == 1 || bfqd->wr_busy_queues > 1 ||
4544                           !bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq)))
4545                         bfqq = bfq_choose_bfqq_for_injection(bfqd);
4546                 else
4547                         bfqq = NULL;
4548
4549                 goto keep_queue;
4550         }
4551
4552         reason = BFQQE_NO_MORE_REQUESTS;
4553 expire:
4554         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false, reason);
4555 new_queue:
4556         bfqq = bfq_set_in_service_queue(bfqd);
4557         if (bfqq) {
4558                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "select_queue: checking new queue");
4559                 goto check_queue;
4560         }
4561 keep_queue:
4562         if (bfqq)
4563                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "select_queue: returned this queue");
4564         else
4565                 bfq_log(bfqd, "select_queue: no queue returned");
4566
4567         return bfqq;
4568 }
4569
4570 static void bfq_update_wr_data(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
4571 {
4572         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
4573
4574         if (bfqq->wr_coeff > 1) { /* queue is being weight-raised */
4575                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq,
4576                         "raising period dur %u/%u msec, old coeff %u, w %d(%d)",
4577                         jiffies_to_msecs(jiffies - bfqq->last_wr_start_finish),
4578                         jiffies_to_msecs(bfqq->wr_cur_max_time),
4579                         bfqq->wr_coeff,
4580                         bfqq->entity.weight, bfqq->entity.orig_weight);
4581
4582                 if (entity->prio_changed)
4583                         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "WARN: pending prio change");
4584
4585                 /*
4586                  * If the queue was activated in a burst, or too much
4587                  * time has elapsed from the beginning of this
4588                  * weight-raising period, then end weight raising.
4589                  */
4590                 if (bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq))
4591                         bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
4592                 else if (time_is_before_jiffies(bfqq->last_wr_start_finish +
4593                                                 bfqq->wr_cur_max_time)) {
4594                         if (bfqq->wr_cur_max_time != bfqd->bfq_wr_rt_max_time ||
4595                         time_is_before_jiffies(bfqq->wr_start_at_switch_to_srt +
4596                                                bfq_wr_duration(bfqd)))
4597                                 bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
4598                         else {
4599                                 switch_back_to_interactive_wr(bfqq, bfqd);
4600                                 bfqq->entity.prio_changed = 1;
4601                         }
4602                 }
4603                 if (bfqq->wr_coeff > 1 &&
4604                     bfqq->wr_cur_max_time != bfqd->bfq_wr_rt_max_time &&
4605                     bfqq->service_from_wr > max_service_from_wr) {
4606                         /* see comments on max_service_from_wr */
4607                         bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
4608                 }
4609         }
4610         /*
4611          * To improve latency (for this or other queues), immediately
4612          * update weight both if it must be raised and if it must be
4613          * lowered. Since, entity may be on some active tree here, and
4614          * might have a pending change of its ioprio class, invoke
4615          * next function with the last parameter unset (see the
4616          * comments on the function).
4617          */
4618         if ((entity->weight > entity->orig_weight) != (bfqq->wr_coeff > 1))
4619                 __bfq_entity_update_weight_prio(bfq_entity_service_tree(entity),
4620                                                 entity, false);
4621 }
4622
4623 /*
4624  * Dispatch next request from bfqq.
4625  */
4626 static struct request *bfq_dispatch_rq_from_bfqq(struct bfq_data *bfqd,
4627                                                  struct bfq_queue *bfqq)
4628 {
4629         struct request *rq = bfqq->next_rq;
4630         unsigned long service_to_charge;
4631
4632         service_to_charge = bfq_serv_to_charge(rq, bfqq);
4633
4634         bfq_bfqq_served(bfqq, service_to_charge);
4635
4636         if (bfqq == bfqd->in_service_queue && bfqd->wait_dispatch) {
4637                 bfqd->wait_dispatch = false;
4638                 bfqd->waited_rq = rq;
4639         }
4640
4641         bfq_dispatch_remove(bfqd->queue, rq);
4642
4643         if (bfqq != bfqd->in_service_queue)
4644                 goto return_rq;
4645
4646         /*
4647          * If weight raising has to terminate for bfqq, then next
4648          * function causes an immediate update of bfqq's weight,
4649          * without waiting for next activation. As a consequence, on
4650          * expiration, bfqq will be timestamped as if has never been
4651          * weight-raised during this service slot, even if it has
4652          * received part or even most of the service as a
4653          * weight-raised queue. This inflates bfqq's timestamps, which
4654          * is beneficial, as bfqq is then more willing to leave the
4655          * device immediately to possible other weight-raised queues.
4656          */
4657         bfq_update_wr_data(bfqd, bfqq);
4658
4659         /*
4660          * Expire bfqq, pretending that its budget expired, if bfqq
4661          * belongs to CLASS_IDLE and other queues are waiting for
4662          * service.
4663          */
4664         if (!(bfq_tot_busy_queues(bfqd) > 1 && bfq_class_idle(bfqq)))
4665                 goto return_rq;
4666
4667         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false, BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED);
4668
4669 return_rq:
4670         return rq;
4671 }
4672
4673 static bool bfq_has_work(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
4674 {
4675         struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
4676
4677         if (!atomic_read(&hctx->elevator_queued))
4678                 return false;
4679
4680         /*
4681          * Avoiding lock: a race on bfqd->busy_queues should cause at
4682          * most a call to dispatch for nothing
4683          */
4684         return !list_empty_careful(&bfqd->dispatch) ||
4685                 bfq_tot_busy_queues(bfqd) > 0;
4686 }
4687
4688 static struct request *__bfq_dispatch_request(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
4689 {
4690         struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
4691         struct request *rq = NULL;
4692         struct bfq_queue *bfqq = NULL;
4693
4694         if (!list_empty(&bfqd->dispatch)) {
4695                 rq = list_first_entry(&bfqd->dispatch, struct request,
4696                                       queuelist);
4697                 list_del_init(&rq->queuelist);
4698
4699                 bfqq = RQ_BFQQ(rq);
4700
4701                 if (bfqq) {
4702                         /*
4703                          * Increment counters here, because this
4704                          * dispatch does not follow the standard
4705                          * dispatch flow (where counters are
4706                          * incremented)
4707                          */
4708                         bfqq->dispatched++;
4709
4710                         goto inc_in_driver_start_rq;
4711                 }
4712
4713                 /*
4714                  * We exploit the bfq_finish_requeue_request hook to
4715                  * decrement rq_in_driver, but
4716                  * bfq_finish_requeue_request will not be invoked on
4717                  * this request. So, to avoid unbalance, just start
4718                  * this request, without incrementing rq_in_driver. As
4719                  * a negative consequence, rq_in_driver is deceptively
4720                  * lower than it should be while this request is in
4721                  * service. This may cause bfq_schedule_dispatch to be
4722                  * invoked uselessly.
4723                  *
4724                  * As for implementing an exact solution, the
4725                  * bfq_finish_requeue_request hook, if defined, is
4726                  * probably invoked also on this request. So, by
4727                  * exploiting this hook, we could 1) increment
4728                  * rq_in_driver here, and 2) decrement it in
4729                  * bfq_finish_requeue_request. Such a solution would
4730                  * let the value of the counter be always accurate,
4731                  * but it would entail using an extra interface
4732                  * function. This cost seems higher than the benefit,
4733                  * being the frequency of non-elevator-private
4734                  * requests very low.
4735                  */
4736                 goto start_rq;
4737         }
4738
4739         bfq_log(bfqd, "dispatch requests: %d busy queues",
4740                 bfq_tot_busy_queues(bfqd));
4741
4742         if (bfq_tot_busy_queues(bfqd) == 0)
4743                 goto exit;
4744
4745         /*
4746          * Force device to serve one request at a time if
4747          * strict_guarantees is true. Forcing this service scheme is
4748          * currently the ONLY way to guarantee that the request
4749          * service order enforced by the scheduler is respected by a
4750          * queueing device. Otherwise the device is free even to make
4751          * some unlucky request wait for as long as the device
4752          * wishes.
4753          *
4754          * Of course, serving one request at a time may cause loss of
4755          * throughput.
4756          */
4757         if (bfqd->strict_guarantees && bfqd->rq_in_driver > 0)
4758                 goto exit;
4759
4760         bfqq = bfq_select_queue(bfqd);
4761         if (!bfqq)
4762                 goto exit;
4763
4764         rq = bfq_dispatch_rq_from_bfqq(bfqd, bfqq);
4765
4766         if (rq) {
4767 inc_in_driver_start_rq:
4768                 bfqd->rq_in_driver++;
4769 start_rq:
4770                 rq->rq_flags |= RQF_STARTED;
4771         }
4772 exit:
4773         return rq;
4774 }
4775
4776 #ifdef CONFIG_BFQ_CGROUP_DEBUG
4777 static void bfq_update_dispatch_stats(struct request_queue *q,
4778                                       struct request *rq,
4779                                       struct bfq_queue *in_serv_queue,
4780                                       bool idle_timer_disabled)
4781 {
4782         struct bfq_queue *bfqq = rq ? RQ_BFQQ(rq) : NULL;
4783
4784         if (!idle_timer_disabled && !bfqq)
4785                 return;
4786
4787         /*
4788          * rq and bfqq are guaranteed to exist until this function
4789          * ends, for the following reasons. First, rq can be
4790          * dispatched to the device, and then can be completed and
4791          * freed, only after this function ends. Second, rq cannot be
4792          * merged (and thus freed because of a merge) any longer,
4793          * because it has already started. Thus rq cannot be freed
4794          * before this function ends, and, since rq has a reference to
4795          * bfqq, the same guarantee holds for bfqq too.
4796          *
4797          * In addition, the following queue lock guarantees that
4798          * bfqq_group(bfqq) exists as well.
4799          */
4800         spin_lock_irq(&q->queue_lock);
4801         if (idle_timer_disabled)
4802                 /*
4803                  * Since the idle timer has been disabled,
4804                  * in_serv_queue contained some request when
4805                  * __bfq_dispatch_request was invoked above, which
4806                  * implies that rq was picked exactly from
4807                  * in_serv_queue. Thus in_serv_queue == bfqq, and is
4808                  * therefore guaranteed to exist because of the above
4809                  * arguments.
4810                  */
4811                 bfqg_stats_update_idle_time(bfqq_group(in_serv_queue));
4812         if (bfqq) {
4813                 struct bfq_group *bfqg = bfqq_group(bfqq);
4814
4815                 bfqg_stats_update_avg_queue_size(bfqg);
4816                 bfqg_stats_set_start_empty_time(bfqg);
4817                 bfqg_stats_update_io_remove(bfqg, rq->cmd_flags);
4818         }
4819         spin_unlock_irq(&q->queue_lock);
4820 }
4821 #else
4822 static inline void bfq_update_dispatch_stats(struct request_queue *q,
4823                                              struct request *rq,
4824                                              struct bfq_queue *in_serv_queue,
4825                                              bool idle_timer_disabled) {}
4826 #endif /* CONFIG_BFQ_CGROUP_DEBUG */
4827
4828 static struct request *bfq_dispatch_request(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
4829 {
4830         struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
4831         struct request *rq;
4832         struct bfq_queue *in_serv_queue;
4833         bool waiting_rq, idle_timer_disabled = false;
4834
4835         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
4836
4837         in_serv_queue = bfqd->in_service_queue;
4838         waiting_rq = in_serv_queue && bfq_bfqq_wait_request(in_serv_queue);
4839
4840         rq = __bfq_dispatch_request(hctx);
4841         if (in_serv_queue == bfqd->in_service_queue) {
4842                 idle_timer_disabled =
4843                         waiting_rq && !bfq_bfqq_wait_request(in_serv_queue);
4844         }
4845
4846         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
4847         bfq_update_dispatch_stats(hctx->queue, rq,
4848                         idle_timer_disabled ? in_serv_queue : NULL,
4849                                 idle_timer_disabled);
4850
4851         return rq;
4852 }
4853
4854 /*
4855  * Task holds one reference to the queue, dropped when task exits.  Each rq
4856  * in-flight on this queue also holds a reference, dropped when rq is freed.
4857  *
4858  * Scheduler lock must be held here. Recall not to use bfqq after calling
4859  * this function on it.
4860  */
4861 void bfq_put_queue(struct bfq_queue *bfqq)
4862 {
4863         struct bfq_queue *item;
4864         struct hlist_node *n;
4865         struct bfq_group *bfqg = bfqq_group(bfqq);
4866
4867         if (bfqq->bfqd)
4868                 bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "put_queue: %p %d",
4869                              bfqq, bfqq->ref);
4870
4871         bfqq->ref--;
4872         if (bfqq->ref)
4873                 return;
4874
4875         if (!hlist_unhashed(&bfqq->burst_list_node)) {
4876                 hlist_del_init(&bfqq->burst_list_node);
4877                 /*
4878                  * Decrement also burst size after the removal, if the
4879                  * process associated with bfqq is exiting, and thus
4880                  * does not contribute to the burst any longer. This
4881                  * decrement helps filter out false positives of large
4882                  * bursts, when some short-lived process (often due to
4883                  * the execution of commands by some service) happens
4884                  * to start and exit while a complex application is
4885                  * starting, and thus spawning several processes that
4886                  * do I/O (and that *must not* be treated as a large
4887                  * burst, see comments on bfq_handle_burst).
4888                  *
4889                  * In particular, the decrement is performed only if:
4890                  * 1) bfqq is not a merged queue, because, if it is,
4891                  * then this free of bfqq is not triggered by the exit
4892                  * of the process bfqq is associated with, but exactly
4893                  * by the fact that bfqq has just been merged.
4894                  * 2) burst_size is greater than 0, to handle
4895                  * unbalanced decrements. Unbalanced decrements may
4896                  * happen in te following case: bfqq is inserted into
4897                  * the current burst list--without incrementing
4898                  * bust_size--because of a split, but the current
4899                  * burst list is not the burst list bfqq belonged to
4900                  * (see comments on the case of a split in
4901                  * bfq_set_request).
4902                  */
4903                 if (bfqq->bic && bfqq->bfqd->burst_size > 0)
4904                         bfqq->bfqd->burst_size--;
4905         }
4906
4907         /*
4908          * bfqq does not exist any longer, so it cannot be woken by
4909          * any other queue, and cannot wake any other queue. Then bfqq
4910          * must be removed from the woken list of its possible waker
4911          * queue, and all queues in the woken list of bfqq must stop
4912          * having a waker queue. Strictly speaking, these updates
4913          * should be performed when bfqq remains with no I/O source
4914          * attached to it, which happens before bfqq gets freed. In
4915          * particular, this happens when the last process associated
4916          * with bfqq exits or gets associated with a different
4917          * queue. However, both events lead to bfqq being freed soon,
4918          * and dangling references would come out only after bfqq gets
4919          * freed. So these updates are done here, as a simple and safe
4920          * way to handle all cases.
4921          */
4922         /* remove bfqq from woken list */
4923         if (!hlist_unhashed(&bfqq->woken_list_node))
4924                 hlist_del_init(&bfqq->woken_list_node);
4925
4926         /* reset waker for all queues in woken list */
4927         hlist_for_each_entry_safe(item, n, &bfqq->woken_list,
4928                                   woken_list_node) {
4929                 item->waker_bfqq = NULL;
4930                 bfq_clear_bfqq_has_waker(item);
4931                 hlist_del_init(&item->woken_list_node);
4932         }
4933
4934         if (bfqq->bfqd && bfqq->bfqd->last_completed_rq_bfqq == bfqq)
4935                 bfqq->bfqd->last_completed_rq_bfqq = NULL;
4936
4937         kmem_cache_free(bfq_pool, bfqq);
4938         bfqg_and_blkg_put(bfqg);
4939 }
4940
4941 void bfq_put_cooperator(struct bfq_queue *bfqq)
4942 {
4943         struct bfq_queue *__bfqq, *next;
4944
4945         /*
4946          * If this queue was scheduled to merge with another queue, be
4947          * sure to drop the reference taken on that queue (and others in
4948          * the merge chain). See bfq_setup_merge and bfq_merge_bfqqs.
4949          */
4950         __bfqq = bfqq->new_bfqq;
4951         while (__bfqq) {
4952                 if (__bfqq == bfqq)
4953                         break;
4954                 next = __bfqq->new_bfqq;
4955                 bfq_put_queue(__bfqq);
4956                 __bfqq = next;
4957         }
4958 }
4959
4960 static void bfq_exit_bfqq(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
4961 {
4962         if (bfqq == bfqd->in_service_queue) {
4963                 __bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, BFQQE_BUDGET_TIMEOUT);
4964                 bfq_schedule_dispatch(bfqd);
4965         }
4966
4967         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "exit_bfqq: %p, %d", bfqq, bfqq->ref);
4968
4969         bfq_put_cooperator(bfqq);
4970
4971         bfq_release_process_ref(bfqd, bfqq);
4972 }
4973
4974 static void bfq_exit_icq_bfqq(struct bfq_io_cq *bic, bool is_sync)
4975 {
4976         struct bfq_queue *bfqq = bic_to_bfqq(bic, is_sync);
4977         struct bfq_data *bfqd;
4978
4979         if (bfqq)
4980                 bfqd = bfqq->bfqd; /* NULL if scheduler already exited */
4981
4982         if (bfqq && bfqd) {
4983                 unsigned long flags;
4984
4985                 spin_lock_irqsave(&bfqd->lock, flags);
4986                 bic_set_bfqq(bic, NULL, is_sync);
4987                 bfq_exit_bfqq(bfqd, bfqq);
4988                 spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
4989         }
4990 }
4991
4992 static void bfq_exit_icq(struct io_cq *icq)
4993 {
4994         struct bfq_io_cq *bic = icq_to_bic(icq);
4995
4996         bfq_exit_icq_bfqq(bic, true);
4997         bfq_exit_icq_bfqq(bic, false);
4998 }
4999
5000 /*
5001  * Update the entity prio values; note that the new values will not
5002  * be used until the next (re)activation.
5003  */
5004 static void
5005 bfq_set_next_ioprio_data(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_io_cq *bic)
5006 {
5007         struct task_struct *tsk = current;
5008         int ioprio_class;
5009         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
5010
5011         if (!bfqd)
5012                 return;
5013
5014         ioprio_class = IOPRIO_PRIO_CLASS(bic->ioprio);
5015         switch (ioprio_class) {
5016         default:
5017                 pr_err("bdi %s: bfq: bad prio class %d\n",
5018                                 bdi_dev_name(bfqq->bfqd->queue->backing_dev_info),
5019                                 ioprio_class);
5020                 fallthrough;
5021         case IOPRIO_CLASS_NONE:
5022                 /*
5023                  * No prio set, inherit CPU scheduling settings.
5024                  */
5025                 bfqq->new_ioprio = task_nice_ioprio(tsk);
5026                 bfqq->new_ioprio_class = task_nice_ioclass(tsk);
5027                 break;
5028         case IOPRIO_CLASS_RT:
5029                 bfqq->new_ioprio = IOPRIO_PRIO_DATA(bic->ioprio);
5030                 bfqq->new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_RT;
5031                 break;
5032         case IOPRIO_CLASS_BE:
5033                 bfqq->new_ioprio = IOPRIO_PRIO_DATA(bic->ioprio);
5034                 bfqq->new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_BE;
5035                 break;
5036         case IOPRIO_CLASS_IDLE:
5037                 bfqq->new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_IDLE;
5038                 bfqq->new_ioprio = 7;
5039                 break;
5040         }
5041
5042         if (bfqq->new_ioprio >= IOPRIO_BE_NR) {
5043                 pr_crit("bfq_set_next_ioprio_data: new_ioprio %d\n",
5044                         bfqq->new_ioprio);
5045                 bfqq->new_ioprio = IOPRIO_BE_NR - 1;
5046         }
5047
5048         bfqq->entity.new_weight = bfq_ioprio_to_weight(bfqq->new_ioprio);
5049         bfqq->entity.prio_changed = 1;
5050 }
5051
5052 static struct bfq_queue *bfq_get_queue(struct bfq_data *bfqd,
5053                                        struct bio *bio, bool is_sync,
5054                                        struct bfq_io_cq *bic);
5055
5056 static void bfq_check_ioprio_change(struct bfq_io_cq *bic, struct bio *bio)
5057 {
5058         struct bfq_data *bfqd = bic_to_bfqd(bic);
5059         struct bfq_queue *bfqq;
5060         int ioprio = bic->icq.ioc->ioprio;
5061
5062         /*
5063          * This condition may trigger on a newly created bic, be sure to
5064          * drop the lock before returning.
5065          */
5066         if (unlikely(!bfqd) || likely(bic->ioprio == ioprio))
5067                 return;
5068
5069         bic->ioprio = ioprio;
5070
5071         bfqq = bic_to_bfqq(bic, false);
5072         if (bfqq) {
5073                 struct bfq_queue *old_bfqq = bfqq;
5074
5075                 bfqq = bfq_get_queue(bfqd, bio, false, bic);
5076                 bic_set_bfqq(bic, bfqq, false);
5077                 bfq_release_process_ref(bfqd, old_bfqq);
5078         }
5079
5080         bfqq = bic_to_bfqq(bic, true);
5081         if (bfqq)
5082                 bfq_set_next_ioprio_data(bfqq, bic);
5083 }
5084
5085 static void bfq_init_bfqq(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
5086                           struct bfq_io_cq *bic, pid_t pid, int is_sync)
5087 {
5088         RB_CLEAR_NODE(&bfqq->entity.rb_node);
5089         INIT_LIST_HEAD(&bfqq->fifo);
5090         INIT_HLIST_NODE(&bfqq->burst_list_node);
5091         INIT_HLIST_NODE(&bfqq->woken_list_node);
5092         INIT_HLIST_HEAD(&bfqq->woken_list);
5093
5094         bfqq->ref = 0;
5095         bfqq->bfqd = bfqd;
5096
5097         if (bic)
5098                 bfq_set_next_ioprio_data(bfqq, bic);
5099
5100         if (is_sync) {
5101                 /*
5102                  * No need to mark as has_short_ttime if in
5103                  * idle_class, because no device idling is performed
5104                  * for queues in idle class
5105                  */
5106                 if (!bfq_class_idle(bfqq))
5107                         /* tentatively mark as has_short_ttime */
5108                         bfq_mark_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
5109                 bfq_mark_bfqq_sync(bfqq);
5110                 bfq_mark_bfqq_just_created(bfqq);
5111         } else
5112                 bfq_clear_bfqq_sync(bfqq);
5113
5114         /* set end request to minus infinity from now */
5115         bfqq->ttime.last_end_request = ktime_get_ns() + 1;
5116
5117         bfq_mark_bfqq_IO_bound(bfqq);
5118
5119         bfqq->pid = pid;
5120
5121         /* Tentative initial value to trade off between thr and lat */
5122         bfqq->max_budget = (2 * bfq_max_budget(bfqd)) / 3;
5123         bfqq->budget_timeout = bfq_smallest_from_now();
5124
5125         bfqq->wr_coeff = 1;
5126         bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
5127         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt = bfq_smallest_from_now();
5128         bfqq->split_time = bfq_smallest_from_now();
5129
5130         /*
5131          * To not forget the possibly high bandwidth consumed by a
5132          * process/queue in the recent past,
5133          * bfq_bfqq_softrt_next_start() returns a value at least equal
5134          * to the current value of bfqq->soft_rt_next_start (see
5135          * comments on bfq_bfqq_softrt_next_start).  Set
5136          * soft_rt_next_start to now, to mean that bfqq has consumed
5137          * no bandwidth so far.
5138          */
5139         bfqq->soft_rt_next_start = jiffies;
5140
5141         /* first request is almost certainly seeky */
5142         bfqq->seek_history = 1;
5143 }
5144
5145 static struct bfq_queue **bfq_async_queue_prio(struct bfq_data *bfqd,
5146                                                struct bfq_group *bfqg,
5147                                                int ioprio_class, int ioprio)
5148 {
5149         switch (ioprio_class) {
5150         case IOPRIO_CLASS_RT:
5151                 return &bfqg->async_bfqq[0][ioprio];
5152         case IOPRIO_CLASS_NONE:
5153                 ioprio = IOPRIO_NORM;
5154                 fallthrough;
5155         case IOPRIO_CLASS_BE:
5156                 return &bfqg->async_bfqq[1][ioprio];
5157         case IOPRIO_CLASS_IDLE:
5158                 return &bfqg->async_idle_bfqq;
5159         default:
5160                 return NULL;
5161         }
5162 }
5163
5164 static struct bfq_queue *bfq_get_queue(struct bfq_data *bfqd,
5165                                        struct bio *bio, bool is_sync,
5166                                        struct bfq_io_cq *bic)
5167 {
5168         const int ioprio = IOPRIO_PRIO_DATA(bic->ioprio);
5169         const int ioprio_class = IOPRIO_PRIO_CLASS(bic->ioprio);
5170         struct bfq_queue **async_bfqq = NULL;
5171         struct bfq_queue *bfqq;
5172         struct bfq_group *bfqg;
5173
5174         bfqg = bfq_bio_bfqg(bfqd, bio);
5175         if (!is_sync) {
5176                 async_bfqq = bfq_async_queue_prio(bfqd, bfqg, ioprio_class,
5177                                                   ioprio);
5178                 bfqq = *async_bfqq;
5179                 if (bfqq)
5180                         goto out;
5181         }
5182
5183         bfqq = kmem_cache_alloc_node(bfq_pool,
5184                                      GFP_NOWAIT | __GFP_ZERO | __GFP_NOWARN,
5185                                      bfqd->queue->node);
5186
5187         if (bfqq) {
5188                 bfq_init_bfqq(bfqd, bfqq, bic, current->pid,
5189                               is_sync);
5190                 bfq_init_entity(&bfqq->entity, bfqg);
5191                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "allocated");
5192         } else {
5193                 bfqq = &bfqd->oom_bfqq;
5194                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "using oom bfqq");
5195                 goto out;
5196         }
5197
5198         /*
5199          * Pin the queue now that it's allocated, scheduler exit will
5200          * prune it.
5201          */
5202         if (async_bfqq) {
5203                 bfqq->ref++; /*
5204                               * Extra group reference, w.r.t. sync
5205                               * queue. This extra reference is removed
5206                               * only if bfqq->bfqg disappears, to
5207                               * guarantee that this queue is not freed
5208                               * until its group goes away.
5209                               */
5210                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "get_queue, bfqq not in async: %p, %d",
5211                              bfqq, bfqq->ref);
5212                 *async_bfqq = bfqq;
5213         }
5214
5215 out:
5216         bfqq->ref++; /* get a process reference to this queue */
5217         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "get_queue, at end: %p, %d", bfqq, bfqq->ref);
5218         return bfqq;
5219 }
5220
5221 static void bfq_update_io_thinktime(struct bfq_data *bfqd,
5222                                     struct bfq_queue *bfqq)
5223 {
5224         struct bfq_ttime *ttime = &bfqq->ttime;
5225         u64 elapsed = ktime_get_ns() - bfqq->ttime.last_end_request;
5226
5227         elapsed = min_t(u64, elapsed, 2ULL * bfqd->bfq_slice_idle);
5228
5229         ttime->ttime_samples = (7*bfqq->ttime.ttime_samples + 256) / 8;
5230         ttime->ttime_total = div_u64(7*ttime->ttime_total + 256*elapsed,  8);
5231         ttime->ttime_mean = div64_ul(ttime->ttime_total + 128,
5232                                      ttime->ttime_samples);
5233 }
5234
5235 static void
5236 bfq_update_io_seektime(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
5237                        struct request *rq)
5238 {
5239         bfqq->seek_history <<= 1;
5240         bfqq->seek_history |= BFQ_RQ_SEEKY(bfqd, bfqq->last_request_pos, rq);
5241
5242         if (bfqq->wr_coeff > 1 &&
5243             bfqq->wr_cur_max_time == bfqd->bfq_wr_rt_max_time &&
5244             BFQQ_TOTALLY_SEEKY(bfqq))
5245                 bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
5246 }
5247
5248 static void bfq_update_has_short_ttime(struct bfq_data *bfqd,
5249                                        struct bfq_queue *bfqq,
5250                                        struct bfq_io_cq *bic)
5251 {
5252         bool has_short_ttime = true, state_changed;
5253
5254         /*
5255          * No need to update has_short_ttime if bfqq is async or in
5256          * idle io prio class, or if bfq_slice_idle is zero, because
5257          * no device idling is performed for bfqq in this case.
5258          */
5259         if (!bfq_bfqq_sync(bfqq) || bfq_class_idle(bfqq) ||
5260             bfqd->bfq_slice_idle == 0)
5261                 return;
5262
5263         /* Idle window just restored, statistics are meaningless. */
5264         if (time_is_after_eq_jiffies(bfqq->split_time +
5265                                      bfqd->bfq_wr_min_idle_time))
5266                 return;
5267
5268         /* Think time is infinite if no process is linked to
5269          * bfqq. Otherwise check average think time to
5270          * decide whether to mark as has_short_ttime
5271          */
5272         if (atomic_read(&bic->icq.ioc->active_ref) == 0 ||
5273             (bfq_sample_valid(bfqq->ttime.ttime_samples) &&
5274              bfqq->ttime.ttime_mean > bfqd->bfq_slice_idle))
5275                 has_short_ttime = false;
5276
5277         state_changed = has_short_ttime != bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
5278
5279         if (has_short_ttime)
5280                 bfq_mark_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
5281         else
5282                 bfq_clear_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
5283
5284         /*
5285          * Until the base value for the total service time gets
5286          * finally computed for bfqq, the inject limit does depend on
5287          * the think-time state (short|long). In particular, the limit
5288          * is 0 or 1 if the think time is deemed, respectively, as
5289          * short or long (details in the comments in
5290          * bfq_update_inject_limit()). Accordingly, the next
5291          * instructions reset the inject limit if the think-time state
5292          * has changed and the above base value is still to be
5293          * computed.
5294          *
5295          * However, the reset is performed only if more than 100 ms
5296          * have elapsed since the last update of the inject limit, or
5297          * (inclusive) if the change is from short to long think
5298          * time. The reason for this waiting is as follows.
5299          *
5300          * bfqq may have a long think time because of a
5301          * synchronization with some other queue, i.e., because the
5302          * I/O of some other queue may need to be completed for bfqq
5303          * to receive new I/O. Details in the comments on the choice
5304          * of the queue for injection in bfq_select_queue().
5305          *
5306          * As stressed in those comments, if such a synchronization is
5307          * actually in place, then, without injection on bfqq, the
5308          * blocking I/O cannot happen to served while bfqq is in
5309          * service. As a consequence, if bfqq is granted
5310          * I/O-dispatch-plugging, then bfqq remains empty, and no I/O
5311          * is dispatched, until the idle timeout fires. This is likely
5312          * to result in lower bandwidth and higher latencies for bfqq,
5313          * and in a severe loss of total throughput.
5314          *
5315          * On the opposite end, a non-zero inject limit may allow the
5316          * I/O that blocks bfqq to be executed soon, and therefore
5317          * bfqq to receive new I/O soon.
5318          *
5319          * But, if the blocking gets actually eliminated, then the
5320          * next think-time sample for bfqq may be very low. This in
5321          * turn may cause bfqq's think time to be deemed
5322          * short. Without the 100 ms barrier, this new state change
5323          * would cause the body of the next if to be executed
5324          * immediately. But this would set to 0 the inject
5325          * limit. Without injection, the blocking I/O would cause the
5326          * think time of bfqq to become long again, and therefore the
5327          * inject limit to be raised again, and so on. The only effect
5328          * of such a steady oscillation between the two think-time
5329          * states would be to prevent effective injection on bfqq.
5330          *
5331          * In contrast, if the inject limit is not reset during such a
5332          * long time interval as 100 ms, then the number of short
5333          * think time samples can grow significantly before the reset
5334          * is performed. As a consequence, the think time state can
5335          * become stable before the reset. Therefore there will be no
5336          * state change when the 100 ms elapse, and no reset of the
5337          * inject limit. The inject limit remains steadily equal to 1
5338          * both during and after the 100 ms. So injection can be
5339          * performed at all times, and throughput gets boosted.
5340          *
5341          * An inject limit equal to 1 is however in conflict, in
5342          * general, with the fact that the think time of bfqq is
5343          * short, because injection may be likely to delay bfqq's I/O
5344          * (as explained in the comments in
5345          * bfq_update_inject_limit()). But this does not happen in
5346          * this special case, because bfqq's low think time is due to
5347          * an effective handling of a synchronization, through
5348          * injection. In this special case, bfqq's I/O does not get
5349          * delayed by injection; on the contrary, bfqq's I/O is
5350          * brought forward, because it is not blocked for
5351          * milliseconds.
5352          *
5353          * In addition, serving the blocking I/O much sooner, and much
5354          * more frequently than once per I/O-plugging timeout, makes
5355          * it much quicker to detect a waker queue (the concept of
5356          * waker queue is defined in the comments in
5357          * bfq_add_request()). This makes it possible to start sooner
5358          * to boost throughput more effectively, by injecting the I/O
5359          * of the waker queue unconditionally on every
5360          * bfq_dispatch_request().
5361          *
5362          * One last, important benefit of not resetting the inject
5363          * limit before 100 ms is that, during this time interval, the
5364          * base value for the total service time is likely to get
5365          * finally computed for bfqq, freeing the inject limit from
5366          * its relation with the think time.
5367          */
5368         if (state_changed && bfqq->last_serv_time_ns == 0 &&
5369             (time_is_before_eq_jiffies(bfqq->decrease_time_jif +
5370                                       msecs_to_jiffies(100)) ||
5371              !has_short_ttime))
5372                 bfq_reset_inject_limit(bfqd, bfqq);
5373 }
5374
5375 /*
5376  * Called when a new fs request (rq) is added to bfqq.  Check if there's
5377  * something we should do about it.
5378  */
5379 static void bfq_rq_enqueued(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
5380                             struct request *rq)
5381 {
5382         if (rq->cmd_flags & REQ_META)
5383                 bfqq->meta_pending++;
5384
5385         bfqq->last_request_pos = blk_rq_pos(rq) + blk_rq_sectors(rq);
5386
5387         if (bfqq == bfqd->in_service_queue && bfq_bfqq_wait_request(bfqq)) {
5388                 bool small_req = bfqq->queued[rq_is_sync(rq)] == 1 &&
5389                                  blk_rq_sectors(rq) < 32;
5390                 bool budget_timeout = bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq);
5391
5392                 /*
5393                  * There is just this request queued: if
5394                  * - the request is small, and
5395                  * - we are idling to boost throughput, and
5396                  * - the queue is not to be expired,
5397                  * then just exit.
5398                  *
5399                  * In this way, if the device is being idled to wait
5400                  * for a new request from the in-service queue, we
5401                  * avoid unplugging the device and committing the
5402                  * device to serve just a small request. In contrast
5403                  * we wait for the block layer to decide when to
5404                  * unplug the device: hopefully, new requests will be
5405                  * merged to this one quickly, then the device will be
5406                  * unplugged and larger requests will be dispatched.
5407                  */
5408                 if (small_req && idling_boosts_thr_without_issues(bfqd, bfqq) &&
5409                     !budget_timeout)
5410                         return;
5411
5412                 /*
5413                  * A large enough request arrived, or idling is being
5414                  * performed to preserve service guarantees, or
5415                  * finally the queue is to be expired: in all these
5416                  * cases disk idling is to be stopped, so clear
5417                  * wait_request flag and reset timer.
5418                  */
5419                 bfq_clear_bfqq_wait_request(bfqq);
5420                 hrtimer_try_to_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
5421
5422                 /*
5423                  * The queue is not empty, because a new request just
5424                  * arrived. Hence we can safely expire the queue, in
5425                  * case of budget timeout, without risking that the
5426                  * timestamps of the queue are not updated correctly.
5427                  * See [1] for more details.
5428                  */
5429                 if (budget_timeout)
5430                         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false,
5431                                         BFQQE_BUDGET_TIMEOUT);
5432         }
5433 }
5434
5435 /* returns true if it causes the idle timer to be disabled */
5436 static bool __bfq_insert_request(struct bfq_data *bfqd, struct request *rq)
5437 {
5438         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq),
5439                 *new_bfqq = bfq_setup_cooperator(bfqd, bfqq, rq, true);
5440         bool waiting, idle_timer_disabled = false;
5441
5442         if (new_bfqq) {
5443                 /*
5444                  * Release the request's reference to the old bfqq
5445                  * and make sure one is taken to the shared queue.
5446                  */
5447                 new_bfqq->allocated++;
5448                 bfqq->allocated--;
5449                 new_bfqq->ref++;
5450                 /*
5451                  * If the bic associated with the process
5452                  * issuing this request still points to bfqq
5453                  * (and thus has not been already redirected
5454                  * to new_bfqq or even some other bfq_queue),
5455                  * then complete the merge and redirect it to
5456                  * new_bfqq.
5457                  */
5458                 if (bic_to_bfqq(RQ_BIC(rq), 1) == bfqq)
5459                         bfq_merge_bfqqs(bfqd, RQ_BIC(rq),
5460                                         bfqq, new_bfqq);
5461
5462                 bfq_clear_bfqq_just_created(bfqq);
5463                 /*
5464                  * rq is about to be enqueued into new_bfqq,
5465                  * release rq reference on bfqq
5466                  */
5467                 bfq_put_queue(bfqq);
5468                 rq->elv.priv[1] = new_bfqq;
5469                 bfqq = new_bfqq;
5470         }
5471
5472         bfq_update_io_thinktime(bfqd, bfqq);
5473         bfq_update_has_short_ttime(bfqd, bfqq, RQ_BIC(rq));
5474         bfq_update_io_seektime(bfqd, bfqq, rq);
5475
5476         waiting = bfqq && bfq_bfqq_wait_request(bfqq);
5477         bfq_add_request(rq);
5478         idle_timer_disabled = waiting && !bfq_bfqq_wait_request(bfqq);
5479
5480         rq->fifo_time = ktime_get_ns() + bfqd->bfq_fifo_expire[rq_is_sync(rq)];
5481         list_add_tail(&rq->queuelist, &bfqq->fifo);
5482
5483         bfq_rq_enqueued(bfqd, bfqq, rq);
5484
5485         return idle_timer_disabled;
5486 }
5487
5488 #ifdef CONFIG_BFQ_CGROUP_DEBUG
5489 static void bfq_update_insert_stats(struct request_queue *q,
5490                                     struct bfq_queue *bfqq,
5491                                     bool idle_timer_disabled,
5492                                     unsigned int cmd_flags)
5493 {
5494         if (!bfqq)
5495                 return;
5496
5497         /*
5498          * bfqq still exists, because it can disappear only after
5499          * either it is merged with another queue, or the process it
5500          * is associated with exits. But both actions must be taken by
5501          * the same process currently executing this flow of
5502          * instructions.
5503          *
5504          * In addition, the following queue lock guarantees that
5505          * bfqq_group(bfqq) exists as well.
5506          */
5507         spin_lock_irq(&q->queue_lock);
5508         bfqg_stats_update_io_add(bfqq_group(bfqq), bfqq, cmd_flags);
5509         if (idle_timer_disabled)
5510                 bfqg_stats_update_idle_time(bfqq_group(bfqq));
5511         spin_unlock_irq(&q->queue_lock);
5512 }
5513 #else
5514 static inline void bfq_update_insert_stats(struct request_queue *q,
5515                                            struct bfq_queue *bfqq,
5516                                            bool idle_timer_disabled,
5517                                            unsigned int cmd_flags) {}
5518 #endif /* CONFIG_BFQ_CGROUP_DEBUG */
5519
5520 static struct bfq_queue *bfq_init_rq(struct request *rq);
5521
5522 static void bfq_insert_request(struct blk_mq_hw_ctx *hctx, struct request *rq,
5523                                bool at_head)
5524 {
5525         struct request_queue *q = hctx->queue;
5526         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
5527         struct bfq_queue *bfqq;
5528         bool idle_timer_disabled = false;
5529         unsigned int cmd_flags;
5530
5531 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
5532         if (!cgroup_subsys_on_dfl(io_cgrp_subsys) && rq->bio)
5533                 bfqg_stats_update_legacy_io(q, rq);
5534 #endif
5535         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
5536         bfqq = bfq_init_rq(rq);
5537         if (blk_mq_sched_try_insert_merge(q, rq)) {
5538                 spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
5539                 return;
5540         }
5541
5542         blk_mq_sched_request_inserted(rq);
5543
5544         if (!bfqq || at_head || blk_rq_is_passthrough(rq)) {
5545                 if (at_head)
5546                         list_add(&rq->queuelist, &bfqd->dispatch);
5547                 else
5548                         list_add_tail(&rq->queuelist, &bfqd->dispatch);
5549         } else {
5550                 idle_timer_disabled = __bfq_insert_request(bfqd, rq);
5551                 /*
5552                  * Update bfqq, because, if a queue merge has occurred
5553                  * in __bfq_insert_request, then rq has been
5554                  * redirected into a new queue.
5555                  */
5556                 bfqq = RQ_BFQQ(rq);
5557
5558                 if (rq_mergeable(rq)) {
5559                         elv_rqhash_add(q, rq);
5560                         if (!q->last_merge)
5561                                 q->last_merge = rq;
5562                 }
5563         }
5564
5565         /*
5566          * Cache cmd_flags before releasing scheduler lock, because rq
5567          * may disappear afterwards (for example, because of a request
5568          * merge).
5569          */
5570         cmd_flags = rq->cmd_flags;
5571
5572         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
5573
5574         bfq_update_insert_stats(q, bfqq, idle_timer_disabled,
5575                                 cmd_flags);
5576 }
5577
5578 static void bfq_insert_requests(struct blk_mq_hw_ctx *hctx,
5579                                 struct list_head *list, bool at_head)
5580 {
5581         while (!list_empty(list)) {
5582                 struct request *rq;
5583
5584                 rq = list_first_entry(list, struct request, queuelist);
5585                 list_del_init(&rq->queuelist);
5586                 bfq_insert_request(hctx, rq, at_head);
5587                 atomic_inc(&hctx->elevator_queued);
5588         }
5589 }
5590
5591 static void bfq_update_hw_tag(struct bfq_data *bfqd)
5592 {
5593         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->in_service_queue;
5594
5595         bfqd->max_rq_in_driver = max_t(int, bfqd->max_rq_in_driver,
5596                                        bfqd->rq_in_driver);
5597
5598         if (bfqd->hw_tag == 1)
5599                 return;
5600
5601         /*
5602          * This sample is valid if the number of outstanding requests
5603          * is large enough to allow a queueing behavior.  Note that the
5604          * sum is not exact, as it's not taking into account deactivated
5605          * requests.
5606          */
5607         if (bfqd->rq_in_driver + bfqd->queued <= BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD)
5608                 return;
5609
5610         /*
5611          * If active queue hasn't enough requests and can idle, bfq might not
5612          * dispatch sufficient requests to hardware. Don't zero hw_tag in this
5613          * case
5614          */
5615         if (bfqq && bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq) &&
5616             bfqq->dispatched + bfqq->queued[0] + bfqq->queued[1] <
5617             BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD &&
5618             bfqd->rq_in_driver < BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD)
5619                 return;
5620
5621         if (bfqd->hw_tag_samples++ < BFQ_HW_QUEUE_SAMPLES)
5622                 return;
5623
5624         bfqd->hw_tag = bfqd->max_rq_in_driver > BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD;
5625         bfqd->max_rq_in_driver = 0;
5626         bfqd->hw_tag_samples = 0;
5627
5628         bfqd->nonrot_with_queueing =
5629                 blk_queue_nonrot(bfqd->queue) && bfqd->hw_tag;
5630 }
5631
5632 static void bfq_completed_request(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_data *bfqd)
5633 {
5634         u64 now_ns;
5635         u32 delta_us;
5636
5637         bfq_update_hw_tag(bfqd);
5638
5639         bfqd->rq_in_driver--;
5640         bfqq->dispatched--;
5641
5642         if (!bfqq->dispatched && !bfq_bfqq_busy(bfqq)) {
5643                 /*
5644                  * Set budget_timeout (which we overload to store the
5645                  * time at which the queue remains with no backlog and
5646                  * no outstanding request; used by the weight-raising
5647                  * mechanism).
5648                  */
5649                 bfqq->budget_timeout = jiffies;
5650
5651                 bfq_weights_tree_remove(bfqd, bfqq);
5652         }
5653
5654         now_ns = ktime_get_ns();
5655
5656         bfqq->ttime.last_end_request = now_ns;
5657
5658         /*
5659          * Using us instead of ns, to get a reasonable precision in
5660          * computing rate in next check.
5661          */
5662         delta_us = div_u64(now_ns - bfqd->last_completion, NSEC_PER_USEC);
5663
5664         /*
5665          * If the request took rather long to complete, and, according
5666          * to the maximum request size recorded, this completion latency
5667          * implies that the request was certainly served at a very low
5668          * rate (less than 1M sectors/sec), then the whole observation
5669          * interval that lasts up to this time instant cannot be a
5670          * valid time interval for computing a new peak rate.  Invoke
5671          * bfq_update_rate_reset to have the following three steps
5672          * taken:
5673          * - close the observation interval at the last (previous)
5674          *   request dispatch or completion
5675          * - compute rate, if possible, for that observation interval
5676          * - reset to zero samples, which will trigger a proper
5677          *   re-initialization of the observation interval on next
5678          *   dispatch
5679          */
5680         if (delta_us > BFQ_MIN_TT/NSEC_PER_USEC &&
5681            (bfqd->last_rq_max_size<<BFQ_RATE_SHIFT)/delta_us <
5682                         1UL<<(BFQ_RATE_SHIFT - 10))
5683                 bfq_update_rate_reset(bfqd, NULL);
5684         bfqd->last_completion = now_ns;
5685         bfqd->last_completed_rq_bfqq = bfqq;
5686
5687         /*
5688          * If we are waiting to discover whether the request pattern
5689          * of the task associated with the queue is actually
5690          * isochronous, and both requisites for this condition to hold
5691          * are now satisfied, then compute soft_rt_next_start (see the
5692          * comments on the function bfq_bfqq_softrt_next_start()). We
5693          * do not compute soft_rt_next_start if bfqq is in interactive
5694          * weight raising (see the comments in bfq_bfqq_expire() for
5695          * an explanation). We schedule this delayed update when bfqq
5696          * expires, if it still has in-flight requests.
5697          */
5698         if (bfq_bfqq_softrt_update(bfqq) && bfqq->dispatched == 0 &&
5699             RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) &&
5700             bfqq->wr_coeff != bfqd->bfq_wr_coeff)
5701                 bfqq->soft_rt_next_start =
5702                         bfq_bfqq_softrt_next_start(bfqd, bfqq);
5703
5704         /*
5705          * If this is the in-service queue, check if it needs to be expired,
5706          * or if we want to idle in case it has no pending requests.
5707          */
5708         if (bfqd->in_service_queue == bfqq) {
5709                 if (bfq_bfqq_must_idle(bfqq)) {
5710                         if (bfqq->dispatched == 0)
5711                                 bfq_arm_slice_timer(bfqd);
5712                         /*
5713                          * If we get here, we do not expire bfqq, even
5714                          * if bfqq was in budget timeout or had no
5715                          * more requests (as controlled in the next
5716                          * conditional instructions). The reason for
5717                          * not expiring bfqq is as follows.
5718                          *
5719                          * Here bfqq->dispatched > 0 holds, but
5720                          * bfq_bfqq_must_idle() returned true. This
5721                          * implies that, even if no request arrives
5722                          * for bfqq before bfqq->dispatched reaches 0,
5723                          * bfqq will, however, not be expired on the
5724                          * completion event that causes bfqq->dispatch
5725                          * to reach zero. In contrast, on this event,
5726                          * bfqq will start enjoying device idling
5727                          * (I/O-dispatch plugging).
5728                          *
5729                          * But, if we expired bfqq here, bfqq would
5730                          * not have the chance to enjoy device idling
5731                          * when bfqq->dispatched finally reaches
5732                          * zero. This would expose bfqq to violation
5733                          * of its reserved service guarantees.
5734                          */
5735                         return;
5736                 } else if (bfq_may_expire_for_budg_timeout(bfqq))
5737                         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false,
5738                                         BFQQE_BUDGET_TIMEOUT);
5739                 else if (RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) &&
5740                          (bfqq->dispatched == 0 ||
5741                           !bfq_better_to_idle(bfqq)))
5742                         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false,
5743                                         BFQQE_NO_MORE_REQUESTS);
5744         }
5745
5746         if (!bfqd->rq_in_driver)
5747                 bfq_schedule_dispatch(bfqd);
5748 }
5749
5750 static void bfq_finish_requeue_request_body(struct bfq_queue *bfqq)
5751 {
5752         bfqq->allocated--;
5753
5754         bfq_put_queue(bfqq);
5755 }
5756
5757 /*
5758  * The processes associated with bfqq may happen to generate their
5759  * cumulative I/O at a lower rate than the rate at which the device
5760  * could serve the same I/O. This is rather probable, e.g., if only
5761  * one process is associated with bfqq and the device is an SSD. It
5762  * results in bfqq becoming often empty while in service. In this
5763  * respect, if BFQ is allowed to switch to another queue when bfqq
5764  * remains empty, then the device goes on being fed with I/O requests,
5765  * and the throughput is not affected. In contrast, if BFQ is not
5766  * allowed to switch to another queue---because bfqq is sync and
5767  * I/O-dispatch needs to be plugged while bfqq is temporarily
5768  * empty---then, during the service of bfqq, there will be frequent
5769  * "service holes", i.e., time intervals during which bfqq gets empty
5770  * and the device can only consume the I/O already queued in its
5771  * hardware queues. During service holes, the device may even get to
5772  * remaining idle. In the end, during the service of bfqq, the device
5773  * is driven at a lower speed than the one it can reach with the kind
5774  * of I/O flowing through bfqq.
5775  *
5776  * To counter this loss of throughput, BFQ implements a "request
5777  * injection mechanism", which tries to fill the above service holes
5778  * with I/O requests taken from other queues. The hard part in this
5779  * mechanism is finding the right amount of I/O to inject, so as to
5780  * both boost throughput and not break bfqq's bandwidth and latency
5781  * guarantees. In this respect, the mechanism maintains a per-queue
5782  * inject limit, computed as below. While bfqq is empty, the injection
5783  * mechanism dispatches extra I/O requests only until the total number
5784  * of I/O requests in flight---i.e., already dispatched but not yet
5785  * completed---remains lower than this limit.
5786  *
5787  * A first definition comes in handy to introduce the algorithm by
5788  * which the inject limit is computed.  We define as first request for
5789  * bfqq, an I/O request for bfqq that arrives while bfqq is in
5790  * service, and causes bfqq to switch from empty to non-empty. The
5791  * algorithm updates the limit as a function of the effect of
5792  * injection on the service times of only the first requests of
5793  * bfqq. The reason for this restriction is that these are the
5794  * requests whose service time is affected most, because they are the
5795  * first to arrive after injection possibly occurred.
5796  *
5797  * To evaluate the effect of injection, the algorithm measures the
5798  * "total service time" of first requests. We define as total service
5799  * time of an I/O request, the time that elapses since when the
5800  * request is enqueued into bfqq, to when it is completed. This
5801  * quantity allows the whole effect of injection to be measured. It is
5802  * easy to see why. Suppose that some requests of other queues are
5803  * actually injected while bfqq is empty, and that a new request R
5804  * then arrives for bfqq. If the device does start to serve all or
5805  * part of the injected requests during the service hole, then,
5806  * because of this extra service, it may delay the next invocation of
5807  * the dispatch hook of BFQ. Then, even after R gets eventually
5808  * dispatched, the device may delay the actual service of R if it is
5809  * still busy serving the extra requests, or if it decides to serve,
5810  * before R, some extra request still present in its queues. As a
5811  * conclusion, the cumulative extra delay caused by injection can be
5812  * easily evaluated by just comparing the total service time of first
5813  * requests with and without injection.
5814  *
5815  * The limit-update algorithm works as follows. On the arrival of a
5816  * first request of bfqq, the algorithm measures the total time of the
5817  * request only if one of the three cases below holds, and, for each
5818  * case, it updates the limit as described below:
5819  *
5820  * (1) If there is no in-flight request. This gives a baseline for the
5821  *     total service time of the requests of bfqq. If the baseline has
5822  *     not been computed yet, then, after computing it, the limit is
5823  *     set to 1, to start boosting throughput, and to prepare the
5824  *     ground for the next case. If the baseline has already been
5825  *     computed, then it is updated, in case it results to be lower
5826  *     than the previous value.
5827  *
5828  * (2) If the limit is higher than 0 and there are in-flight
5829  *     requests. By comparing the total service time in this case with
5830  *     the above baseline, it is possible to know at which extent the
5831  *     current value of the limit is inflating the total service
5832  *     time. If the inflation is below a certain threshold, then bfqq
5833  *     is assumed to be suffering from no perceivable loss of its
5834  *     service guarantees, and the limit is even tentatively
5835  *     increased. If the inflation is above the threshold, then the
5836  *     limit is decreased. Due to the lack of any hysteresis, this
5837  *     logic makes the limit oscillate even in steady workload
5838  *     conditions. Yet we opted for it, because it is fast in reaching
5839  *     the best value for the limit, as a function of the current I/O
5840  *     workload. To reduce oscillations, this step is disabled for a
5841  *     short time interval after the limit happens to be decreased.
5842  *
5843  * (3) Periodically, after resetting the limit, to make sure that the
5844  *     limit eventually drops in case the workload changes. This is
5845  *     needed because, after the limit has gone safely up for a
5846  *     certain workload, it is impossible to guess whether the
5847  *     baseline total service time may have changed, without measuring
5848  *     it again without injection. A more effective version of this
5849  *     step might be to just sample the baseline, by interrupting
5850  *     injection only once, and then to reset/lower the limit only if
5851  *     the total service time with the current limit does happen to be
5852  *     too large.
5853  *
5854  * More details on each step are provided in the comments on the
5855  * pieces of code that implement these steps: the branch handling the
5856  * transition from empty to non empty in bfq_add_request(), the branch
5857  * handling injection in bfq_select_queue(), and the function
5858  * bfq_choose_bfqq_for_injection(). These comments also explain some
5859  * exceptions, made by the injection mechanism in some special cases.
5860  */
5861 static void bfq_update_inject_limit(struct bfq_data *bfqd,
5862                                     struct bfq_queue *bfqq)
5863 {
5864         u64 tot_time_ns = ktime_get_ns() - bfqd->last_empty_occupied_ns;
5865         unsigned int old_limit = bfqq->inject_limit;
5866
5867         if (bfqq->last_serv_time_ns > 0 && bfqd->rqs_injected) {
5868                 u64 threshold = (bfqq->last_serv_time_ns * 3)>>1;
5869
5870                 if (tot_time_ns >= threshold && old_limit > 0) {
5871                         bfqq->inject_limit--;
5872                         bfqq->decrease_time_jif = jiffies;
5873                 } else if (tot_time_ns < threshold &&
5874                            old_limit <= bfqd->max_rq_in_driver)
5875                         bfqq->inject_limit++;
5876         }
5877
5878         /*
5879          * Either we still have to compute the base value for the
5880          * total service time, and there seem to be the right
5881          * conditions to do it, or we can lower the last base value
5882          * computed.
5883          *
5884          * NOTE: (bfqd->rq_in_driver == 1) means that there is no I/O
5885          * request in flight, because this function is in the code
5886          * path that handles the completion of a request of bfqq, and,
5887          * in particular, this function is executed before
5888          * bfqd->rq_in_driver is decremented in such a code path.
5889          */
5890         if ((bfqq->last_serv_time_ns == 0 && bfqd->rq_in_driver == 1) ||
5891             tot_time_ns < bfqq->last_serv_time_ns) {
5892                 if (bfqq->last_serv_time_ns == 0) {
5893                         /*
5894                          * Now we certainly have a base value: make sure we
5895                          * start trying injection.
5896                          */
5897                         bfqq->inject_limit = max_t(unsigned int, 1, old_limit);
5898                 }
5899                 bfqq->last_serv_time_ns = tot_time_ns;
5900         } else if (!bfqd->rqs_injected && bfqd->rq_in_driver == 1)
5901                 /*
5902                  * No I/O injected and no request still in service in
5903                  * the drive: these are the exact conditions for
5904                  * computing the base value of the total service time
5905                  * for bfqq. So let's update this value, because it is
5906                  * rather variable. For example, it varies if the size
5907                  * or the spatial locality of the I/O requests in bfqq
5908                  * change.
5909                  */
5910                 bfqq->last_serv_time_ns = tot_time_ns;
5911
5912
5913         /* update complete, not waiting for any request completion any longer */
5914         bfqd->waited_rq = NULL;
5915         bfqd->rqs_injected = false;
5916 }
5917
5918 /*
5919  * Handle either a requeue or a finish for rq. The things to do are
5920  * the same in both cases: all references to rq are to be dropped. In
5921  * particular, rq is considered completed from the point of view of
5922  * the scheduler.
5923  */
5924 static void bfq_finish_requeue_request(struct request *rq)
5925 {
5926         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
5927         struct bfq_data *bfqd;
5928
5929         /*
5930          * rq either is not associated with any icq, or is an already
5931          * requeued request that has not (yet) been re-inserted into
5932          * a bfq_queue.
5933          */
5934         if (!rq->elv.icq || !bfqq)
5935                 return;
5936
5937         bfqd = bfqq->bfqd;
5938
5939         if (rq->rq_flags & RQF_STARTED)
5940                 bfqg_stats_update_completion(bfqq_group(bfqq),
5941                                              rq->start_time_ns,
5942                                              rq->io_start_time_ns,
5943                                              rq->cmd_flags);
5944
5945         if (likely(rq->rq_flags & RQF_STARTED)) {
5946                 unsigned long flags;
5947
5948                 spin_lock_irqsave(&bfqd->lock, flags);
5949
5950                 if (rq == bfqd->waited_rq)
5951                         bfq_update_inject_limit(bfqd, bfqq);
5952
5953                 bfq_completed_request(bfqq, bfqd);
5954                 bfq_finish_requeue_request_body(bfqq);
5955                 atomic_dec(&rq->mq_hctx->elevator_queued);
5956
5957                 spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
5958         } else {
5959                 /*
5960                  * Request rq may be still/already in the scheduler,
5961                  * in which case we need to remove it (this should
5962                  * never happen in case of requeue). And we cannot
5963                  * defer such a check and removal, to avoid
5964                  * inconsistencies in the time interval from the end
5965                  * of this function to the start of the deferred work.
5966                  * This situation seems to occur only in process
5967                  * context, as a consequence of a merge. In the
5968                  * current version of the code, this implies that the
5969                  * lock is held.
5970                  */
5971
5972                 if (!RB_EMPTY_NODE(&rq->rb_node)) {
5973                         bfq_remove_request(rq->q, rq);
5974                         bfqg_stats_update_io_remove(bfqq_group(bfqq),
5975                                                     rq->cmd_flags);
5976                 }
5977                 bfq_finish_requeue_request_body(bfqq);
5978         }
5979
5980         /*
5981          * Reset private fields. In case of a requeue, this allows
5982          * this function to correctly do nothing if it is spuriously
5983          * invoked again on this same request (see the check at the
5984          * beginning of the function). Probably, a better general
5985          * design would be to prevent blk-mq from invoking the requeue
5986          * or finish hooks of an elevator, for a request that is not
5987          * referred by that elevator.
5988          *
5989          * Resetting the following fields would break the
5990          * request-insertion logic if rq is re-inserted into a bfq
5991          * internal queue, without a re-preparation. Here we assume
5992          * that re-insertions of requeued requests, without
5993          * re-preparation, can happen only for pass_through or at_head
5994          * requests (which are not re-inserted into bfq internal
5995          * queues).
5996          */
5997         rq->elv.priv[0] = NULL;
5998         rq->elv.priv[1] = NULL;
5999 }
6000
6001 /*
6002  * Removes the association between the current task and bfqq, assuming
6003  * that bic points to the bfq iocontext of the task.
6004  * Returns NULL if a new bfqq should be allocated, or the old bfqq if this
6005  * was the last process referring to that bfqq.
6006  */
6007 static struct bfq_queue *
6008 bfq_split_bfqq(struct bfq_io_cq *bic, struct bfq_queue *bfqq)
6009 {
6010         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "splitting queue");
6011
6012         if (bfqq_process_refs(bfqq) == 1) {
6013                 bfqq->pid = current->pid;
6014                 bfq_clear_bfqq_coop(bfqq);
6015                 bfq_clear_bfqq_split_coop(bfqq);
6016                 return bfqq;
6017         }
6018
6019         bic_set_bfqq(bic, NULL, true);
6020
6021         bfq_put_cooperator(bfqq);
6022
6023         bfq_release_process_ref(bfqq->bfqd, bfqq);
6024         return NULL;
6025 }
6026
6027 static struct bfq_queue *bfq_get_bfqq_handle_split(struct bfq_data *bfqd,
6028                                                    struct bfq_io_cq *bic,
6029                                                    struct bio *bio,
6030                                                    bool split, bool is_sync,
6031                                                    bool *new_queue)
6032 {
6033         struct bfq_queue *bfqq = bic_to_bfqq(bic, is_sync);
6034
6035         if (likely(bfqq && bfqq != &bfqd->oom_bfqq))
6036                 return bfqq;
6037
6038         if (new_queue)
6039                 *new_queue = true;
6040
6041         if (bfqq)
6042                 bfq_put_queue(bfqq);
6043         bfqq = bfq_get_queue(bfqd, bio, is_sync, bic);
6044
6045         bic_set_bfqq(bic, bfqq, is_sync);
6046         if (split && is_sync) {
6047                 if ((bic->was_in_burst_list && bfqd->large_burst) ||
6048                     bic->saved_in_large_burst)
6049                         bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq);
6050                 else {
6051                         bfq_clear_bfqq_in_large_burst(bfqq);
6052                         if (bic->was_in_burst_list)
6053                                 /*
6054                                  * If bfqq was in the current
6055                                  * burst list before being
6056                                  * merged, then we have to add
6057                                  * it back. And we do not need
6058                                  * to increase burst_size, as
6059                                  * we did not decrement
6060                                  * burst_size when we removed
6061                                  * bfqq from the burst list as
6062                                  * a consequence of a merge
6063                                  * (see comments in
6064                                  * bfq_put_queue). In this
6065                                  * respect, it would be rather
6066                                  * costly to know whether the
6067                                  * current burst list is still
6068                                  * the same burst list from
6069                                  * which bfqq was removed on
6070                                  * the merge. To avoid this
6071                                  * cost, if bfqq was in a
6072                                  * burst list, then we add
6073                                  * bfqq to the current burst
6074                                  * list without any further
6075                                  * check. This can cause
6076                                  * inappropriate insertions,
6077                                  * but rarely enough to not
6078                                  * harm the detection of large
6079                                  * bursts significantly.
6080                                  */
6081                                 hlist_add_head(&bfqq->burst_list_node,
6082                                                &bfqd->burst_list);
6083                 }
6084                 bfqq->split_time = jiffies;
6085         }
6086
6087         return bfqq;
6088 }
6089
6090 /*
6091  * Only reset private fields. The actual request preparation will be
6092  * performed by bfq_init_rq, when rq is either inserted or merged. See
6093  * comments on bfq_init_rq for the reason behind this delayed
6094  * preparation.
6095  */
6096 static void bfq_prepare_request(struct request *rq)
6097 {
6098         /*
6099          * Regardless of whether we have an icq attached, we have to
6100          * clear the scheduler pointers, as they might point to
6101          * previously allocated bic/bfqq structs.
6102          */
6103         rq->elv.priv[0] = rq->elv.priv[1] = NULL;
6104 }
6105
6106 /*
6107  * If needed, init rq, allocate bfq data structures associated with
6108  * rq, and increment reference counters in the destination bfq_queue
6109  * for rq. Return the destination bfq_queue for rq, or NULL is rq is
6110  * not associated with any bfq_queue.
6111  *
6112  * This function is invoked by the functions that perform rq insertion
6113  * or merging. One may have expected the above preparation operations
6114  * to be performed in bfq_prepare_request, and not delayed to when rq
6115  * is inserted or merged. The rationale behind this delayed
6116  * preparation is that, after the prepare_request hook is invoked for
6117  * rq, rq may still be transformed into a request with no icq, i.e., a
6118  * request not associated with any queue. No bfq hook is invoked to
6119  * signal this transformation. As a consequence, should these
6120  * preparation operations be performed when the prepare_request hook
6121  * is invoked, and should rq be transformed one moment later, bfq
6122  * would end up in an inconsistent state, because it would have
6123  * incremented some queue counters for an rq destined to
6124  * transformation, without any chance to correctly lower these
6125  * counters back. In contrast, no transformation can still happen for
6126  * rq after rq has been inserted or merged. So, it is safe to execute
6127  * these preparation operations when rq is finally inserted or merged.
6128  */
6129 static struct bfq_queue *bfq_init_rq(struct request *rq)
6130 {
6131         struct request_queue *q = rq->q;
6132         struct bio *bio = rq->bio;
6133         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
6134         struct bfq_io_cq *bic;
6135         const int is_sync = rq_is_sync(rq);
6136         struct bfq_queue *bfqq;
6137         bool new_queue = false;
6138         bool bfqq_already_existing = false, split = false;
6139
6140         if (unlikely(!rq->elv.icq))
6141                 return NULL;
6142
6143         /*
6144          * Assuming that elv.priv[1] is set only if everything is set
6145          * for this rq. This holds true, because this function is
6146          * invoked only for insertion or merging, and, after such
6147          * events, a request cannot be manipulated any longer before
6148          * being removed from bfq.
6149          */
6150         if (rq->elv.priv[1])
6151                 return rq->elv.priv[1];
6152
6153         bic = icq_to_bic(rq->elv.icq);
6154
6155         bfq_check_ioprio_change(bic, bio);
6156
6157         bfq_bic_update_cgroup(bic, bio);
6158
6159         bfqq = bfq_get_bfqq_handle_split(bfqd, bic, bio, false, is_sync,
6160                                          &new_queue);
6161
6162         if (likely(!new_queue)) {
6163                 /* If the queue was seeky for too long, break it apart. */
6164                 if (bfq_bfqq_coop(bfqq) && bfq_bfqq_split_coop(bfqq)) {
6165                         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "breaking apart bfqq");
6166
6167                         /* Update bic before losing reference to bfqq */
6168                         if (bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq))
6169                                 bic->saved_in_large_burst = true;
6170
6171                         bfqq = bfq_split_bfqq(bic, bfqq);
6172                         split = true;
6173
6174                         if (!bfqq)
6175                                 bfqq = bfq_get_bfqq_handle_split(bfqd, bic, bio,
6176                                                                  true, is_sync,
6177                                                                  NULL);
6178                         else
6179                                 bfqq_already_existing = true;
6180                 }
6181         }
6182
6183         bfqq->allocated++;
6184         bfqq->ref++;
6185         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "get_request %p: bfqq %p, %d",
6186                      rq, bfqq, bfqq->ref);
6187
6188         rq->elv.priv[0] = bic;
6189         rq->elv.priv[1] = bfqq;
6190
6191         /*
6192          * If a bfq_queue has only one process reference, it is owned
6193          * by only this bic: we can then set bfqq->bic = bic. in
6194          * addition, if the queue has also just been split, we have to
6195          * resume its state.
6196          */
6197         if (likely(bfqq != &bfqd->oom_bfqq) && bfqq_process_refs(bfqq) == 1) {
6198                 bfqq->bic = bic;
6199                 if (split) {
6200                         /*
6201                          * The queue has just been split from a shared
6202                          * queue: restore the idle window and the
6203                          * possible weight raising period.
6204                          */
6205                         bfq_bfqq_resume_state(bfqq, bfqd, bic,
6206                                               bfqq_already_existing);
6207                 }
6208         }
6209
6210         /*
6211          * Consider bfqq as possibly belonging to a burst of newly
6212          * created queues only if:
6213          * 1) A burst is actually happening (bfqd->burst_size > 0)
6214          * or
6215          * 2) There is no other active queue. In fact, if, in
6216          *    contrast, there are active queues not belonging to the
6217          *    possible burst bfqq may belong to, then there is no gain
6218          *    in considering bfqq as belonging to a burst, and
6219          *    therefore in not weight-raising bfqq. See comments on
6220          *    bfq_handle_burst().
6221          *
6222          * This filtering also helps eliminating false positives,
6223          * occurring when bfqq does not belong to an actual large
6224          * burst, but some background task (e.g., a service) happens
6225          * to trigger the creation of new queues very close to when
6226          * bfqq and its possible companion queues are created. See
6227          * comments on bfq_handle_burst() for further details also on
6228          * this issue.
6229          */
6230         if (unlikely(bfq_bfqq_just_created(bfqq) &&
6231                      (bfqd->burst_size > 0 ||
6232                       bfq_tot_busy_queues(bfqd) == 0)))
6233                 bfq_handle_burst(bfqd, bfqq);
6234
6235         return bfqq;
6236 }
6237
6238 static void
6239 bfq_idle_slice_timer_body(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
6240 {
6241         enum bfqq_expiration reason;
6242         unsigned long flags;
6243
6244         spin_lock_irqsave(&bfqd->lock, flags);
6245
6246         /*
6247          * Considering that bfqq may be in race, we should firstly check
6248          * whether bfqq is in service before doing something on it. If
6249          * the bfqq in race is not in service, it has already been expired
6250          * through __bfq_bfqq_expire func and its wait_request flags has
6251          * been cleared in __bfq_bfqd_reset_in_service func.
6252          */
6253         if (bfqq != bfqd->in_service_queue) {
6254                 spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
6255                 return;
6256         }
6257
6258         bfq_clear_bfqq_wait_request(bfqq);
6259
6260         if (bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq))
6261                 /*
6262                  * Also here the queue can be safely expired
6263                  * for budget timeout without wasting
6264                  * guarantees
6265                  */
6266                 reason = BFQQE_BUDGET_TIMEOUT;
6267         else if (bfqq->queued[0] == 0 && bfqq->queued[1] == 0)
6268                 /*
6269                  * The queue may not be empty upon timer expiration,
6270                  * because we may not disable the timer when the
6271                  * first request of the in-service queue arrives
6272                  * during disk idling.
6273                  */
6274                 reason = BFQQE_TOO_IDLE;
6275         else
6276                 goto schedule_dispatch;
6277
6278         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, true, reason);
6279
6280 schedule_dispatch:
6281         bfq_schedule_dispatch(bfqd);
6282         spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
6283 }
6284
6285 /*
6286  * Handler of the expiration of the timer running if the in-service queue
6287  * is idling inside its time slice.
6288  */
6289 static enum hrtimer_restart bfq_idle_slice_timer(struct hrtimer *timer)
6290 {
6291         struct bfq_data *bfqd = container_of(timer, struct bfq_data,
6292                                              idle_slice_timer);
6293         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->in_service_queue;
6294
6295         /*
6296          * Theoretical race here: the in-service queue can be NULL or
6297          * different from the queue that was idling if a new request
6298          * arrives for the current queue and there is a full dispatch
6299          * cycle that changes the in-service queue.  This can hardly
6300          * happen, but in the worst case we just expire a queue too
6301          * early.
6302          */
6303         if (bfqq)
6304                 bfq_idle_slice_timer_body(bfqd, bfqq);
6305
6306         return HRTIMER_NORESTART;
6307 }
6308
6309 static void __bfq_put_async_bfqq(struct bfq_data *bfqd,
6310                                  struct bfq_queue **bfqq_ptr)
6311 {
6312         struct bfq_queue *bfqq = *bfqq_ptr;
6313
6314         bfq_log(bfqd, "put_async_bfqq: %p", bfqq);
6315         if (bfqq) {
6316                 bfq_bfqq_move(bfqd, bfqq, bfqd->root_group);
6317
6318                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "put_async_bfqq: putting %p, %d",
6319                              bfqq, bfqq->ref);
6320                 bfq_put_queue(bfqq);
6321                 *bfqq_ptr = NULL;
6322         }
6323 }
6324
6325 /*
6326  * Release all the bfqg references to its async queues.  If we are
6327  * deallocating the group these queues may still contain requests, so
6328  * we reparent them to the root cgroup (i.e., the only one that will
6329  * exist for sure until all the requests on a device are gone).
6330  */
6331 void bfq_put_async_queues(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_group *bfqg)
6332 {
6333         int i, j;
6334
6335         for (i = 0; i < 2; i++)
6336                 for (j = 0; j < IOPRIO_BE_NR; j++)
6337                         __bfq_put_async_bfqq(bfqd, &bfqg->async_bfqq[i][j]);
6338
6339         __bfq_put_async_bfqq(bfqd, &bfqg->async_idle_bfqq);
6340 }
6341
6342 /*
6343  * See the comments on bfq_limit_depth for the purpose of
6344  * the depths set in the function. Return minimum shallow depth we'll use.
6345  */
6346 static unsigned int bfq_update_depths(struct bfq_data *bfqd,
6347                                       struct sbitmap_queue *bt)
6348 {
6349         unsigned int i, j, min_shallow = UINT_MAX;
6350
6351         /*
6352          * In-word depths if no bfq_queue is being weight-raised:
6353          * leaving 25% of tags only for sync reads.
6354          *
6355          * In next formulas, right-shift the value
6356          * (1U<<bt->sb.shift), instead of computing directly
6357          * (1U<<(bt->sb.shift - something)), to be robust against
6358          * any possible value of bt->sb.shift, without having to
6359          * limit 'something'.
6360          */
6361         /* no more than 50% of tags for async I/O */
6362         bfqd->word_depths[0][0] = max((1U << bt->sb.shift) >> 1, 1U);
6363         /*
6364          * no more than 75% of tags for sync writes (25% extra tags
6365          * w.r.t. async I/O, to prevent async I/O from starving sync
6366          * writes)
6367          */
6368         bfqd->word_depths[0][1] = max(((1U << bt->sb.shift) * 3) >> 2, 1U);
6369
6370         /*
6371          * In-word depths in case some bfq_queue is being weight-
6372          * raised: leaving ~63% of tags for sync reads. This is the
6373          * highest percentage for which, in our tests, application
6374          * start-up times didn't suffer from any regression due to tag
6375          * shortage.
6376          */
6377         /* no more than ~18% of tags for async I/O */
6378         bfqd->word_depths[1][0] = max(((1U << bt->sb.shift) * 3) >> 4, 1U);
6379         /* no more than ~37% of tags for sync writes (~20% extra tags) */
6380         bfqd->word_depths[1][1] = max(((1U << bt->sb.shift) * 6) >> 4, 1U);
6381
6382         for (i = 0; i < 2; i++)
6383                 for (j = 0; j < 2; j++)
6384                         min_shallow = min(min_shallow, bfqd->word_depths[i][j]);
6385
6386         return min_shallow;
6387 }
6388
6389 static void bfq_depth_updated(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
6390 {
6391         struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
6392         struct blk_mq_tags *tags = hctx->sched_tags;
6393         unsigned int min_shallow;
6394
6395         min_shallow = bfq_update_depths(bfqd, tags->bitmap_tags);
6396         sbitmap_queue_min_shallow_depth(tags->bitmap_tags, min_shallow);
6397 }
6398
6399 static int bfq_init_hctx(struct blk_mq_hw_ctx *hctx, unsigned int index)
6400 {
6401         bfq_depth_updated(hctx);
6402         return 0;
6403 }
6404
6405 static void bfq_exit_queue(struct elevator_queue *e)
6406 {
6407         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
6408         struct bfq_queue *bfqq, *n;
6409
6410         hrtimer_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
6411
6412         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
6413         list_for_each_entry_safe(bfqq, n, &bfqd->idle_list, bfqq_list)
6414                 bfq_deactivate_bfqq(bfqd, bfqq, false, false);
6415         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
6416
6417         hrtimer_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
6418
6419         /* release oom-queue reference to root group */
6420         bfqg_and_blkg_put(bfqd->root_group);
6421
6422 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
6423         blkcg_deactivate_policy(bfqd->queue, &blkcg_policy_bfq);
6424 #else
6425         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
6426         bfq_put_async_queues(bfqd, bfqd->root_group);
6427         kfree(bfqd->root_group);
6428         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
6429 #endif
6430
6431         wbt_enable_default(bfqd->queue);
6432
6433         kfree(bfqd);
6434 }
6435
6436 static void bfq_init_root_group(struct bfq_group *root_group,
6437                                 struct bfq_data *bfqd)
6438 {
6439         int i;
6440
6441 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
6442         root_group->entity.parent = NULL;
6443         root_group->my_entity = NULL;
6444         root_group->bfqd = bfqd;
6445 #endif
6446         root_group->rq_pos_tree = RB_ROOT;
6447         for (i = 0; i < BFQ_IOPRIO_CLASSES; i++)
6448                 root_group->sched_data.service_tree[i] = BFQ_SERVICE_TREE_INIT;
6449         root_group->sched_data.bfq_class_idle_last_service = jiffies;
6450 }
6451
6452 static int bfq_init_queue(struct request_queue *q, struct elevator_type *e)
6453 {
6454         struct bfq_data *bfqd;
6455         struct elevator_queue *eq;
6456
6457         eq = elevator_alloc(q, e);
6458         if (!eq)
6459                 return -ENOMEM;
6460
6461         bfqd = kzalloc_node(sizeof(*bfqd), GFP_KERNEL, q->node);
6462         if (!bfqd) {
6463                 kobject_put(&eq->kobj);
6464                 return -ENOMEM;
6465         }
6466         eq->elevator_data = bfqd;
6467
6468         spin_lock_irq(&q->queue_lock);
6469         q->elevator = eq;
6470         spin_unlock_irq(&q->queue_lock);
6471
6472         /*
6473          * Our fallback bfqq if bfq_find_alloc_queue() runs into OOM issues.
6474          * Grab a permanent reference to it, so that the normal code flow
6475          * will not attempt to free it.
6476          */
6477         bfq_init_bfqq(bfqd, &bfqd->oom_bfqq, NULL, 1, 0);
6478         bfqd->oom_bfqq.ref++;
6479         bfqd->oom_bfqq.new_ioprio = BFQ_DEFAULT_QUEUE_IOPRIO;
6480         bfqd->oom_bfqq.new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_BE;
6481         bfqd->oom_bfqq.entity.new_weight =
6482                 bfq_ioprio_to_weight(bfqd->oom_bfqq.new_ioprio);
6483
6484         /* oom_bfqq does not participate to bursts */
6485         bfq_clear_bfqq_just_created(&bfqd->oom_bfqq);
6486
6487         /*
6488          * Trigger weight initialization, according to ioprio, at the
6489          * oom_bfqq's first activation. The oom_bfqq's ioprio and ioprio
6490          * class won't be changed any more.
6491          */
6492         bfqd->oom_bfqq.entity.prio_changed = 1;
6493
6494         bfqd->queue = q;
6495
6496         INIT_LIST_HEAD(&bfqd->dispatch);
6497
6498         hrtimer_init(&bfqd->idle_slice_timer, CLOCK_MONOTONIC,
6499                      HRTIMER_MODE_REL);
6500         bfqd->idle_slice_timer.function = bfq_idle_slice_timer;
6501
6502         bfqd->queue_weights_tree = RB_ROOT_CACHED;
6503         bfqd->num_groups_with_pending_reqs = 0;
6504
6505         INIT_LIST_HEAD(&bfqd->active_list);
6506         INIT_LIST_HEAD(&bfqd->idle_list);
6507         INIT_HLIST_HEAD(&bfqd->burst_list);
6508
6509         bfqd->hw_tag = -1;
6510         bfqd->nonrot_with_queueing = blk_queue_nonrot(bfqd->queue);
6511
6512         bfqd->bfq_max_budget = bfq_default_max_budget;
6513
6514         bfqd->bfq_fifo_expire[0] = bfq_fifo_expire[0];
6515         bfqd->bfq_fifo_expire[1] = bfq_fifo_expire[1];
6516         bfqd->bfq_back_max = bfq_back_max;
6517         bfqd->bfq_back_penalty = bfq_back_penalty;
6518         bfqd->bfq_slice_idle = bfq_slice_idle;
6519         bfqd->bfq_timeout = bfq_timeout;
6520
6521         bfqd->bfq_requests_within_timer = 120;
6522
6523         bfqd->bfq_large_burst_thresh = 8;
6524         bfqd->bfq_burst_interval = msecs_to_jiffies(180);
6525
6526         bfqd->low_latency = true;
6527
6528         /*
6529          * Trade-off between responsiveness and fairness.
6530          */
6531         bfqd->bfq_wr_coeff = 30;
6532         bfqd->bfq_wr_rt_max_time = msecs_to_jiffies(300);
6533         bfqd->bfq_wr_max_time = 0;
6534         bfqd->bfq_wr_min_idle_time = msecs_to_jiffies(2000);
6535         bfqd->bfq_wr_min_inter_arr_async = msecs_to_jiffies(500);
6536         bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate = 7000; /*
6537                                               * Approximate rate required
6538                                               * to playback or record a
6539                                               * high-definition compressed
6540                                               * video.
6541                                               */
6542         bfqd->wr_busy_queues = 0;
6543
6544         /*
6545          * Begin by assuming, optimistically, that the device peak
6546          * rate is equal to 2/3 of the highest reference rate.
6547          */
6548         bfqd->rate_dur_prod = ref_rate[blk_queue_nonrot(bfqd->queue)] *
6549                 ref_wr_duration[blk_queue_nonrot(bfqd->queue)];
6550         bfqd->peak_rate = ref_rate[blk_queue_nonrot(bfqd->queue)] * 2 / 3;
6551
6552         spin_lock_init(&bfqd->lock);
6553
6554         /*
6555          * The invocation of the next bfq_create_group_hierarchy
6556          * function is the head of a chain of function calls
6557          * (bfq_create_group_hierarchy->blkcg_activate_policy->
6558          * blk_mq_freeze_queue) that may lead to the invocation of the
6559          * has_work hook function. For this reason,
6560          * bfq_create_group_hierarchy is invoked only after all
6561          * scheduler data has been initialized, apart from the fields
6562          * that can be initialized only after invoking
6563          * bfq_create_group_hierarchy. This, in particular, enables
6564          * has_work to correctly return false. Of course, to avoid
6565          * other inconsistencies, the blk-mq stack must then refrain
6566          * from invoking further scheduler hooks before this init
6567          * function is finished.
6568          */
6569         bfqd->root_group = bfq_create_group_hierarchy(bfqd, q->node);
6570         if (!bfqd->root_group)
6571                 goto out_free;
6572         bfq_init_root_group(bfqd->root_group, bfqd);
6573         bfq_init_entity(&bfqd->oom_bfqq.entity, bfqd->root_group);
6574
6575         wbt_disable_default(q);
6576         return 0;
6577
6578 out_free:
6579         kfree(bfqd);
6580         kobject_put(&eq->kobj);
6581         return -ENOMEM;
6582 }
6583
6584 static void bfq_slab_kill(void)
6585 {
6586         kmem_cache_destroy(bfq_pool);
6587 }
6588
6589 static int __init bfq_slab_setup(void)
6590 {
6591         bfq_pool = KMEM_CACHE(bfq_queue, 0);
6592         if (!bfq_pool)
6593                 return -ENOMEM;
6594         return 0;
6595 }
6596
6597 static ssize_t bfq_var_show(unsigned int var, char *page)
6598 {
6599         return sprintf(page, "%u\n", var);
6600 }
6601
6602 static int bfq_var_store(unsigned long *var, const char *page)
6603 {
6604         unsigned long new_val;
6605         int ret = kstrtoul(page, 10, &new_val);
6606
6607         if (ret)
6608                 return ret;
6609         *var = new_val;
6610         return 0;
6611 }
6612
6613 #define SHOW_FUNCTION(__FUNC, __VAR, __CONV)                            \
6614 static ssize_t __FUNC(struct elevator_queue *e, char *page)             \
6615 {                                                                       \
6616         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
6617         u64 __data = __VAR;                                             \
6618         if (__CONV == 1)                                                \
6619                 __data = jiffies_to_msecs(__data);                      \
6620         else if (__CONV == 2)                                           \
6621                 __data = div_u64(__data, NSEC_PER_MSEC);                \
6622         return bfq_var_show(__data, (page));                            \
6623 }
6624 SHOW_FUNCTION(bfq_fifo_expire_sync_show, bfqd->bfq_fifo_expire[1], 2);
6625 SHOW_FUNCTION(bfq_fifo_expire_async_show, bfqd->bfq_fifo_expire[0], 2);
6626 SHOW_FUNCTION(bfq_back_seek_max_show, bfqd->bfq_back_max, 0);
6627 SHOW_FUNCTION(bfq_back_seek_penalty_show, bfqd->bfq_back_penalty, 0);
6628 SHOW_FUNCTION(bfq_slice_idle_show, bfqd->bfq_slice_idle, 2);
6629 SHOW_FUNCTION(bfq_max_budget_show, bfqd->bfq_user_max_budget, 0);
6630 SHOW_FUNCTION(bfq_timeout_sync_show, bfqd->bfq_timeout, 1);
6631 SHOW_FUNCTION(bfq_strict_guarantees_show, bfqd->strict_guarantees, 0);
6632 SHOW_FUNCTION(bfq_low_latency_show, bfqd->low_latency, 0);
6633 #undef SHOW_FUNCTION
6634
6635 #define USEC_SHOW_FUNCTION(__FUNC, __VAR)                               \
6636 static ssize_t __FUNC(struct elevator_queue *e, char *page)             \
6637 {                                                                       \
6638         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
6639         u64 __data = __VAR;                                             \
6640         __data = div_u64(__data, NSEC_PER_USEC);                        \
6641         return bfq_var_show(__data, (page));                            \
6642 }
6643 USEC_SHOW_FUNCTION(bfq_slice_idle_us_show, bfqd->bfq_slice_idle);
6644 #undef USEC_SHOW_FUNCTION
6645
6646 #define STORE_FUNCTION(__FUNC, __PTR, MIN, MAX, __CONV)                 \
6647 static ssize_t                                                          \
6648 __FUNC(struct elevator_queue *e, const char *page, size_t count)        \
6649 {                                                                       \
6650         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
6651         unsigned long __data, __min = (MIN), __max = (MAX);             \
6652         int ret;                                                        \
6653                                                                         \
6654         ret = bfq_var_store(&__data, (page));                           \
6655         if (ret)                                                        \
6656                 return ret;                                             \
6657         if (__data < __min)                                             \
6658                 __data = __min;                                         \
6659         else if (__data > __max)                                        \
6660                 __data = __max;                                         \
6661         if (__CONV == 1)                                                \
6662                 *(__PTR) = msecs_to_jiffies(__data);                    \
6663         else if (__CONV == 2)                                           \
6664                 *(__PTR) = (u64)__data * NSEC_PER_MSEC;                 \
6665         else                                                            \
6666                 *(__PTR) = __data;                                      \
6667         return count;                                                   \
6668 }
6669 STORE_FUNCTION(bfq_fifo_expire_sync_store, &bfqd->bfq_fifo_expire[1], 1,
6670                 INT_MAX, 2);
6671 STORE_FUNCTION(bfq_fifo_expire_async_store, &bfqd->bfq_fifo_expire[0], 1,
6672                 INT_MAX, 2);
6673 STORE_FUNCTION(bfq_back_seek_max_store, &bfqd->bfq_back_max, 0, INT_MAX, 0);
6674 STORE_FUNCTION(bfq_back_seek_penalty_store, &bfqd->bfq_back_penalty, 1,
6675                 INT_MAX, 0);
6676 STORE_FUNCTION(bfq_slice_idle_store, &bfqd->bfq_slice_idle, 0, INT_MAX, 2);
6677 #undef STORE_FUNCTION
6678
6679 #define USEC_STORE_FUNCTION(__FUNC, __PTR, MIN, MAX)                    \
6680 static ssize_t __FUNC(struct elevator_queue *e, const char *page, size_t count)\
6681 {                                                                       \
6682         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
6683         unsigned long __data, __min = (MIN), __max = (MAX);             \
6684         int ret;                                                        \
6685                                                                         \
6686         ret = bfq_var_store(&__data, (page));                           \
6687         if (ret)                                                        \
6688                 return ret;                                             \
6689         if (__data < __min)                                             \
6690                 __data = __min;                                         \
6691         else if (__data > __max)                                        \
6692                 __data = __max;                                         \
6693         *(__PTR) = (u64)__data * NSEC_PER_USEC;                         \
6694         return count;                                                   \
6695 }
6696 USEC_STORE_FUNCTION(bfq_slice_idle_us_store, &bfqd->bfq_slice_idle, 0,
6697                     UINT_MAX);
6698 #undef USEC_STORE_FUNCTION
6699
6700 static ssize_t bfq_max_budget_store(struct elevator_queue *e,
6701                                     const char *page, size_t count)
6702 {
6703         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
6704         unsigned long __data;
6705         int ret;
6706
6707         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
6708         if (ret)
6709                 return ret;
6710
6711         if (__data == 0)
6712                 bfqd->bfq_max_budget = bfq_calc_max_budget(bfqd);
6713         else {
6714                 if (__data > INT_MAX)
6715                         __data = INT_MAX;
6716                 bfqd->bfq_max_budget = __data;
6717         }
6718
6719         bfqd->bfq_user_max_budget = __data;
6720
6721         return count;
6722 }
6723
6724 /*
6725  * Leaving this name to preserve name compatibility with cfq
6726  * parameters, but this timeout is used for both sync and async.
6727  */
6728 static ssize_t bfq_timeout_sync_store(struct elevator_queue *e,
6729                                       const char *page, size_t count)
6730 {
6731         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
6732         unsigned long __data;
6733         int ret;
6734
6735         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
6736         if (ret)
6737                 return ret;
6738
6739         if (__data < 1)
6740                 __data = 1;
6741         else if (__data > INT_MAX)
6742                 __data = INT_MAX;
6743
6744         bfqd->bfq_timeout = msecs_to_jiffies(__data);
6745         if (bfqd->bfq_user_max_budget == 0)
6746                 bfqd->bfq_max_budget = bfq_calc_max_budget(bfqd);
6747
6748         return count;
6749 }
6750
6751 static ssize_t bfq_strict_guarantees_store(struct elevator_queue *e,
6752                                      const char *page, size_t count)
6753 {
6754         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
6755         unsigned long __data;
6756         int ret;
6757
6758         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
6759         if (ret)
6760                 return ret;
6761
6762         if (__data > 1)
6763                 __data = 1;
6764         if (!bfqd->strict_guarantees && __data == 1
6765             && bfqd->bfq_slice_idle < 8 * NSEC_PER_MSEC)
6766                 bfqd->bfq_slice_idle = 8 * NSEC_PER_MSEC;
6767
6768         bfqd->strict_guarantees = __data;
6769
6770         return count;
6771 }
6772
6773 static ssize_t bfq_low_latency_store(struct elevator_queue *e,
6774                                      const char *page, size_t count)
6775 {
6776         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
6777         unsigned long __data;
6778         int ret;
6779
6780         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
6781         if (ret)
6782                 return ret;
6783
6784         if (__data > 1)
6785                 __data = 1;
6786         if (__data == 0 && bfqd->low_latency != 0)
6787                 bfq_end_wr(bfqd);
6788         bfqd->low_latency = __data;
6789
6790         return count;
6791 }
6792
6793 #define BFQ_ATTR(name) \
6794         __ATTR(name, 0644, bfq_##name##_show, bfq_##name##_store)
6795
6796 static struct elv_fs_entry bfq_attrs[] = {
6797         BFQ_ATTR(fifo_expire_sync),
6798         BFQ_ATTR(fifo_expire_async),
6799         BFQ_ATTR(back_seek_max),
6800         BFQ_ATTR(back_seek_penalty),
6801         BFQ_ATTR(slice_idle),
6802         BFQ_ATTR(slice_idle_us),
6803         BFQ_ATTR(max_budget),
6804         BFQ_ATTR(timeout_sync),
6805         BFQ_ATTR(strict_guarantees),
6806         BFQ_ATTR(low_latency),
6807         __ATTR_NULL
6808 };
6809
6810 static struct elevator_type iosched_bfq_mq = {
6811         .ops = {
6812                 .limit_depth            = bfq_limit_depth,
6813                 .prepare_request        = bfq_prepare_request,
6814                 .requeue_request        = bfq_finish_requeue_request,
6815                 .finish_request         = bfq_finish_requeue_request,
6816                 .exit_icq               = bfq_exit_icq,
6817                 .insert_requests        = bfq_insert_requests,
6818                 .dispatch_request       = bfq_dispatch_request,
6819                 .next_request           = elv_rb_latter_request,
6820                 .former_request         = elv_rb_former_request,
6821                 .allow_merge            = bfq_allow_bio_merge,
6822                 .bio_merge              = bfq_bio_merge,
6823                 .request_merge          = bfq_request_merge,
6824                 .requests_merged        = bfq_requests_merged,
6825                 .request_merged         = bfq_request_merged,
6826                 .has_work               = bfq_has_work,
6827                 .depth_updated          = bfq_depth_updated,
6828                 .init_hctx              = bfq_init_hctx,
6829                 .init_sched             = bfq_init_queue,
6830                 .exit_sched             = bfq_exit_queue,
6831         },
6832
6833         .icq_size =             sizeof(struct bfq_io_cq),
6834         .icq_align =            __alignof__(struct bfq_io_cq),
6835         .elevator_attrs =       bfq_attrs,
6836         .elevator_name =        "bfq",
6837         .elevator_owner =       THIS_MODULE,
6838 };
6839 MODULE_ALIAS("bfq-iosched");
6840
6841 static int __init bfq_init(void)
6842 {
6843         int ret;
6844
6845 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
6846         ret = blkcg_policy_register(&blkcg_policy_bfq);
6847         if (ret)
6848                 return ret;
6849 #endif
6850
6851         ret = -ENOMEM;
6852         if (bfq_slab_setup())
6853                 goto err_pol_unreg;
6854
6855         /*
6856          * Times to load large popular applications for the typical
6857          * systems installed on the reference devices (see the
6858          * comments before the definition of the next
6859          * array). Actually, we use slightly lower values, as the
6860          * estimated peak rate tends to be smaller than the actual
6861          * peak rate.  The reason for this last fact is that estimates
6862          * are computed over much shorter time intervals than the long
6863          * intervals typically used for benchmarking. Why? First, to
6864          * adapt more quickly to variations. Second, because an I/O
6865          * scheduler cannot rely on a peak-rate-evaluation workload to
6866          * be run for a long time.
6867          */
6868         ref_wr_duration[0] = msecs_to_jiffies(7000); /* actually 8 sec */
6869         ref_wr_duration[1] = msecs_to_jiffies(2500); /* actually 3 sec */
6870
6871         ret = elv_register(&iosched_bfq_mq);
6872         if (ret)
6873                 goto slab_kill;
6874
6875         return 0;
6876
6877 slab_kill:
6878         bfq_slab_kill();
6879 err_pol_unreg:
6880 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
6881         blkcg_policy_unregister(&blkcg_policy_bfq);
6882 #endif
6883         return ret;
6884 }
6885
6886 static void __exit bfq_exit(void)
6887 {
6888         elv_unregister(&iosched_bfq_mq);
6889 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
6890         blkcg_policy_unregister(&blkcg_policy_bfq);
6891 #endif
6892         bfq_slab_kill();
6893 }
6894
6895 module_init(bfq_init);
6896 module_exit(bfq_exit);
6897
6898 MODULE_AUTHOR("Paolo Valente");
6899 MODULE_LICENSE("GPL");
6900 MODULE_DESCRIPTION("MQ Budget Fair Queueing I/O Scheduler");