GNU Linux-libre 4.19.211-gnu1
[releases.git] / block / bfq-iosched.c
1 /*
2  * Budget Fair Queueing (BFQ) I/O scheduler.
3  *
4  * Based on ideas and code from CFQ:
5  * Copyright (C) 2003 Jens Axboe <axboe@kernel.dk>
6  *
7  * Copyright (C) 2008 Fabio Checconi <fabio@gandalf.sssup.it>
8  *                    Paolo Valente <paolo.valente@unimore.it>
9  *
10  * Copyright (C) 2010 Paolo Valente <paolo.valente@unimore.it>
11  *                    Arianna Avanzini <avanzini@google.com>
12  *
13  * Copyright (C) 2017 Paolo Valente <paolo.valente@linaro.org>
14  *
15  *  This program is free software; you can redistribute it and/or
16  *  modify it under the terms of the GNU General Public License as
17  *  published by the Free Software Foundation; either version 2 of the
18  *  License, or (at your option) any later version.
19  *
20  *  This program is distributed in the hope that it will be useful,
21  *  but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
22  *  MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
23  *  General Public License for more details.
24  *
25  * BFQ is a proportional-share I/O scheduler, with some extra
26  * low-latency capabilities. BFQ also supports full hierarchical
27  * scheduling through cgroups. Next paragraphs provide an introduction
28  * on BFQ inner workings. Details on BFQ benefits, usage and
29  * limitations can be found in Documentation/block/bfq-iosched.txt.
30  *
31  * BFQ is a proportional-share storage-I/O scheduling algorithm based
32  * on the slice-by-slice service scheme of CFQ. But BFQ assigns
33  * budgets, measured in number of sectors, to processes instead of
34  * time slices. The device is not granted to the in-service process
35  * for a given time slice, but until it has exhausted its assigned
36  * budget. This change from the time to the service domain enables BFQ
37  * to distribute the device throughput among processes as desired,
38  * without any distortion due to throughput fluctuations, or to device
39  * internal queueing. BFQ uses an ad hoc internal scheduler, called
40  * B-WF2Q+, to schedule processes according to their budgets. More
41  * precisely, BFQ schedules queues associated with processes. Each
42  * process/queue is assigned a user-configurable weight, and B-WF2Q+
43  * guarantees that each queue receives a fraction of the throughput
44  * proportional to its weight. Thanks to the accurate policy of
45  * B-WF2Q+, BFQ can afford to assign high budgets to I/O-bound
46  * processes issuing sequential requests (to boost the throughput),
47  * and yet guarantee a low latency to interactive and soft real-time
48  * applications.
49  *
50  * In particular, to provide these low-latency guarantees, BFQ
51  * explicitly privileges the I/O of two classes of time-sensitive
52  * applications: interactive and soft real-time. In more detail, BFQ
53  * behaves this way if the low_latency parameter is set (default
54  * configuration). This feature enables BFQ to provide applications in
55  * these classes with a very low latency.
56  *
57  * To implement this feature, BFQ constantly tries to detect whether
58  * the I/O requests in a bfq_queue come from an interactive or a soft
59  * real-time application. For brevity, in these cases, the queue is
60  * said to be interactive or soft real-time. In both cases, BFQ
61  * privileges the service of the queue, over that of non-interactive
62  * and non-soft-real-time queues. This privileging is performed,
63  * mainly, by raising the weight of the queue. So, for brevity, we
64  * call just weight-raising periods the time periods during which a
65  * queue is privileged, because deemed interactive or soft real-time.
66  *
67  * The detection of soft real-time queues/applications is described in
68  * detail in the comments on the function
69  * bfq_bfqq_softrt_next_start. On the other hand, the detection of an
70  * interactive queue works as follows: a queue is deemed interactive
71  * if it is constantly non empty only for a limited time interval,
72  * after which it does become empty. The queue may be deemed
73  * interactive again (for a limited time), if it restarts being
74  * constantly non empty, provided that this happens only after the
75  * queue has remained empty for a given minimum idle time.
76  *
77  * By default, BFQ computes automatically the above maximum time
78  * interval, i.e., the time interval after which a constantly
79  * non-empty queue stops being deemed interactive. Since a queue is
80  * weight-raised while it is deemed interactive, this maximum time
81  * interval happens to coincide with the (maximum) duration of the
82  * weight-raising for interactive queues.
83  *
84  * Finally, BFQ also features additional heuristics for
85  * preserving both a low latency and a high throughput on NCQ-capable,
86  * rotational or flash-based devices, and to get the job done quickly
87  * for applications consisting in many I/O-bound processes.
88  *
89  * NOTE: if the main or only goal, with a given device, is to achieve
90  * the maximum-possible throughput at all times, then do switch off
91  * all low-latency heuristics for that device, by setting low_latency
92  * to 0.
93  *
94  * BFQ is described in [1], where also a reference to the initial,
95  * more theoretical paper on BFQ can be found. The interested reader
96  * can find in the latter paper full details on the main algorithm, as
97  * well as formulas of the guarantees and formal proofs of all the
98  * properties.  With respect to the version of BFQ presented in these
99  * papers, this implementation adds a few more heuristics, such as the
100  * ones that guarantee a low latency to interactive and soft real-time
101  * applications, and a hierarchical extension based on H-WF2Q+.
102  *
103  * B-WF2Q+ is based on WF2Q+, which is described in [2], together with
104  * H-WF2Q+, while the augmented tree used here to implement B-WF2Q+
105  * with O(log N) complexity derives from the one introduced with EEVDF
106  * in [3].
107  *
108  * [1] P. Valente, A. Avanzini, "Evolution of the BFQ Storage I/O
109  *     Scheduler", Proceedings of the First Workshop on Mobile System
110  *     Technologies (MST-2015), May 2015.
111  *     http://algogroup.unimore.it/people/paolo/disk_sched/mst-2015.pdf
112  *
113  * [2] Jon C.R. Bennett and H. Zhang, "Hierarchical Packet Fair Queueing
114  *     Algorithms", IEEE/ACM Transactions on Networking, 5(5):675-689,
115  *     Oct 1997.
116  *
117  * http://www.cs.cmu.edu/~hzhang/papers/TON-97-Oct.ps.gz
118  *
119  * [3] I. Stoica and H. Abdel-Wahab, "Earliest Eligible Virtual Deadline
120  *     First: A Flexible and Accurate Mechanism for Proportional Share
121  *     Resource Allocation", technical report.
122  *
123  * http://www.cs.berkeley.edu/~istoica/papers/eevdf-tr-95.pdf
124  */
125 #include <linux/module.h>
126 #include <linux/slab.h>
127 #include <linux/blkdev.h>
128 #include <linux/cgroup.h>
129 #include <linux/elevator.h>
130 #include <linux/ktime.h>
131 #include <linux/rbtree.h>
132 #include <linux/ioprio.h>
133 #include <linux/sbitmap.h>
134 #include <linux/delay.h>
135 #include <linux/backing-dev.h>
136
137 #include "blk.h"
138 #include "blk-mq.h"
139 #include "blk-mq-tag.h"
140 #include "blk-mq-sched.h"
141 #include "bfq-iosched.h"
142 #include "blk-wbt.h"
143
144 #define BFQ_BFQQ_FNS(name)                                              \
145 void bfq_mark_bfqq_##name(struct bfq_queue *bfqq)                       \
146 {                                                                       \
147         __set_bit(BFQQF_##name, &(bfqq)->flags);                        \
148 }                                                                       \
149 void bfq_clear_bfqq_##name(struct bfq_queue *bfqq)                      \
150 {                                                                       \
151         __clear_bit(BFQQF_##name, &(bfqq)->flags);              \
152 }                                                                       \
153 int bfq_bfqq_##name(const struct bfq_queue *bfqq)                       \
154 {                                                                       \
155         return test_bit(BFQQF_##name, &(bfqq)->flags);          \
156 }
157
158 BFQ_BFQQ_FNS(just_created);
159 BFQ_BFQQ_FNS(busy);
160 BFQ_BFQQ_FNS(wait_request);
161 BFQ_BFQQ_FNS(non_blocking_wait_rq);
162 BFQ_BFQQ_FNS(fifo_expire);
163 BFQ_BFQQ_FNS(has_short_ttime);
164 BFQ_BFQQ_FNS(sync);
165 BFQ_BFQQ_FNS(IO_bound);
166 BFQ_BFQQ_FNS(in_large_burst);
167 BFQ_BFQQ_FNS(coop);
168 BFQ_BFQQ_FNS(split_coop);
169 BFQ_BFQQ_FNS(softrt_update);
170 #undef BFQ_BFQQ_FNS                                             \
171
172 /* Expiration time of sync (0) and async (1) requests, in ns. */
173 static const u64 bfq_fifo_expire[2] = { NSEC_PER_SEC / 4, NSEC_PER_SEC / 8 };
174
175 /* Maximum backwards seek (magic number lifted from CFQ), in KiB. */
176 static const int bfq_back_max = 16 * 1024;
177
178 /* Penalty of a backwards seek, in number of sectors. */
179 static const int bfq_back_penalty = 2;
180
181 /* Idling period duration, in ns. */
182 static u64 bfq_slice_idle = NSEC_PER_SEC / 125;
183
184 /* Minimum number of assigned budgets for which stats are safe to compute. */
185 static const int bfq_stats_min_budgets = 194;
186
187 /* Default maximum budget values, in sectors and number of requests. */
188 static const int bfq_default_max_budget = 16 * 1024;
189
190 /*
191  * When a sync request is dispatched, the queue that contains that
192  * request, and all the ancestor entities of that queue, are charged
193  * with the number of sectors of the request. In constrast, if the
194  * request is async, then the queue and its ancestor entities are
195  * charged with the number of sectors of the request, multiplied by
196  * the factor below. This throttles the bandwidth for async I/O,
197  * w.r.t. to sync I/O, and it is done to counter the tendency of async
198  * writes to steal I/O throughput to reads.
199  *
200  * The current value of this parameter is the result of a tuning with
201  * several hardware and software configurations. We tried to find the
202  * lowest value for which writes do not cause noticeable problems to
203  * reads. In fact, the lower this parameter, the stabler I/O control,
204  * in the following respect.  The lower this parameter is, the less
205  * the bandwidth enjoyed by a group decreases
206  * - when the group does writes, w.r.t. to when it does reads;
207  * - when other groups do reads, w.r.t. to when they do writes.
208  */
209 static const int bfq_async_charge_factor = 3;
210
211 /* Default timeout values, in jiffies, approximating CFQ defaults. */
212 const int bfq_timeout = HZ / 8;
213
214 /*
215  * Time limit for merging (see comments in bfq_setup_cooperator). Set
216  * to the slowest value that, in our tests, proved to be effective in
217  * removing false positives, while not causing true positives to miss
218  * queue merging.
219  *
220  * As can be deduced from the low time limit below, queue merging, if
221  * successful, happens at the very beggining of the I/O of the involved
222  * cooperating processes, as a consequence of the arrival of the very
223  * first requests from each cooperator.  After that, there is very
224  * little chance to find cooperators.
225  */
226 static const unsigned long bfq_merge_time_limit = HZ/10;
227
228 static struct kmem_cache *bfq_pool;
229
230 /* Below this threshold (in ns), we consider thinktime immediate. */
231 #define BFQ_MIN_TT              (2 * NSEC_PER_MSEC)
232
233 /* hw_tag detection: parallel requests threshold and min samples needed. */
234 #define BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD  4
235 #define BFQ_HW_QUEUE_SAMPLES    32
236
237 #define BFQQ_SEEK_THR           (sector_t)(8 * 100)
238 #define BFQQ_SECT_THR_NONROT    (sector_t)(2 * 32)
239 #define BFQQ_CLOSE_THR          (sector_t)(8 * 1024)
240 #define BFQQ_SEEKY(bfqq)        (hweight32(bfqq->seek_history) > 19)
241
242 /* Min number of samples required to perform peak-rate update */
243 #define BFQ_RATE_MIN_SAMPLES    32
244 /* Min observation time interval required to perform a peak-rate update (ns) */
245 #define BFQ_RATE_MIN_INTERVAL   (300*NSEC_PER_MSEC)
246 /* Target observation time interval for a peak-rate update (ns) */
247 #define BFQ_RATE_REF_INTERVAL   NSEC_PER_SEC
248
249 /*
250  * Shift used for peak-rate fixed precision calculations.
251  * With
252  * - the current shift: 16 positions
253  * - the current type used to store rate: u32
254  * - the current unit of measure for rate: [sectors/usec], or, more precisely,
255  *   [(sectors/usec) / 2^BFQ_RATE_SHIFT] to take into account the shift,
256  * the range of rates that can be stored is
257  * [1 / 2^BFQ_RATE_SHIFT, 2^(32 - BFQ_RATE_SHIFT)] sectors/usec =
258  * [1 / 2^16, 2^16] sectors/usec = [15e-6, 65536] sectors/usec =
259  * [15, 65G] sectors/sec
260  * Which, assuming a sector size of 512B, corresponds to a range of
261  * [7.5K, 33T] B/sec
262  */
263 #define BFQ_RATE_SHIFT          16
264
265 /*
266  * When configured for computing the duration of the weight-raising
267  * for interactive queues automatically (see the comments at the
268  * beginning of this file), BFQ does it using the following formula:
269  * duration = (ref_rate / r) * ref_wr_duration,
270  * where r is the peak rate of the device, and ref_rate and
271  * ref_wr_duration are two reference parameters.  In particular,
272  * ref_rate is the peak rate of the reference storage device (see
273  * below), and ref_wr_duration is about the maximum time needed, with
274  * BFQ and while reading two files in parallel, to load typical large
275  * applications on the reference device (see the comments on
276  * max_service_from_wr below, for more details on how ref_wr_duration
277  * is obtained).  In practice, the slower/faster the device at hand
278  * is, the more/less it takes to load applications with respect to the
279  * reference device.  Accordingly, the longer/shorter BFQ grants
280  * weight raising to interactive applications.
281  *
282  * BFQ uses two different reference pairs (ref_rate, ref_wr_duration),
283  * depending on whether the device is rotational or non-rotational.
284  *
285  * In the following definitions, ref_rate[0] and ref_wr_duration[0]
286  * are the reference values for a rotational device, whereas
287  * ref_rate[1] and ref_wr_duration[1] are the reference values for a
288  * non-rotational device. The reference rates are not the actual peak
289  * rates of the devices used as a reference, but slightly lower
290  * values. The reason for using slightly lower values is that the
291  * peak-rate estimator tends to yield slightly lower values than the
292  * actual peak rate (it can yield the actual peak rate only if there
293  * is only one process doing I/O, and the process does sequential
294  * I/O).
295  *
296  * The reference peak rates are measured in sectors/usec, left-shifted
297  * by BFQ_RATE_SHIFT.
298  */
299 static int ref_rate[2] = {14000, 33000};
300 /*
301  * To improve readability, a conversion function is used to initialize
302  * the following array, which entails that the array can be
303  * initialized only in a function.
304  */
305 static int ref_wr_duration[2];
306
307 /*
308  * BFQ uses the above-detailed, time-based weight-raising mechanism to
309  * privilege interactive tasks. This mechanism is vulnerable to the
310  * following false positives: I/O-bound applications that will go on
311  * doing I/O for much longer than the duration of weight
312  * raising. These applications have basically no benefit from being
313  * weight-raised at the beginning of their I/O. On the opposite end,
314  * while being weight-raised, these applications
315  * a) unjustly steal throughput to applications that may actually need
316  * low latency;
317  * b) make BFQ uselessly perform device idling; device idling results
318  * in loss of device throughput with most flash-based storage, and may
319  * increase latencies when used purposelessly.
320  *
321  * BFQ tries to reduce these problems, by adopting the following
322  * countermeasure. To introduce this countermeasure, we need first to
323  * finish explaining how the duration of weight-raising for
324  * interactive tasks is computed.
325  *
326  * For a bfq_queue deemed as interactive, the duration of weight
327  * raising is dynamically adjusted, as a function of the estimated
328  * peak rate of the device, so as to be equal to the time needed to
329  * execute the 'largest' interactive task we benchmarked so far. By
330  * largest task, we mean the task for which each involved process has
331  * to do more I/O than for any of the other tasks we benchmarked. This
332  * reference interactive task is the start-up of LibreOffice Writer,
333  * and in this task each process/bfq_queue needs to have at most ~110K
334  * sectors transferred.
335  *
336  * This last piece of information enables BFQ to reduce the actual
337  * duration of weight-raising for at least one class of I/O-bound
338  * applications: those doing sequential or quasi-sequential I/O. An
339  * example is file copy. In fact, once started, the main I/O-bound
340  * processes of these applications usually consume the above 110K
341  * sectors in much less time than the processes of an application that
342  * is starting, because these I/O-bound processes will greedily devote
343  * almost all their CPU cycles only to their target,
344  * throughput-friendly I/O operations. This is even more true if BFQ
345  * happens to be underestimating the device peak rate, and thus
346  * overestimating the duration of weight raising. But, according to
347  * our measurements, once transferred 110K sectors, these processes
348  * have no right to be weight-raised any longer.
349  *
350  * Basing on the last consideration, BFQ ends weight-raising for a
351  * bfq_queue if the latter happens to have received an amount of
352  * service at least equal to the following constant. The constant is
353  * set to slightly more than 110K, to have a minimum safety margin.
354  *
355  * This early ending of weight-raising reduces the amount of time
356  * during which interactive false positives cause the two problems
357  * described at the beginning of these comments.
358  */
359 static const unsigned long max_service_from_wr = 120000;
360
361 #define RQ_BIC(rq)              icq_to_bic((rq)->elv.priv[0])
362 #define RQ_BFQQ(rq)             ((rq)->elv.priv[1])
363
364 struct bfq_queue *bic_to_bfqq(struct bfq_io_cq *bic, bool is_sync)
365 {
366         return bic->bfqq[is_sync];
367 }
368
369 void bic_set_bfqq(struct bfq_io_cq *bic, struct bfq_queue *bfqq, bool is_sync)
370 {
371         bic->bfqq[is_sync] = bfqq;
372 }
373
374 struct bfq_data *bic_to_bfqd(struct bfq_io_cq *bic)
375 {
376         return bic->icq.q->elevator->elevator_data;
377 }
378
379 /**
380  * icq_to_bic - convert iocontext queue structure to bfq_io_cq.
381  * @icq: the iocontext queue.
382  */
383 static struct bfq_io_cq *icq_to_bic(struct io_cq *icq)
384 {
385         /* bic->icq is the first member, %NULL will convert to %NULL */
386         return container_of(icq, struct bfq_io_cq, icq);
387 }
388
389 /**
390  * bfq_bic_lookup - search into @ioc a bic associated to @bfqd.
391  * @bfqd: the lookup key.
392  * @ioc: the io_context of the process doing I/O.
393  * @q: the request queue.
394  */
395 static struct bfq_io_cq *bfq_bic_lookup(struct bfq_data *bfqd,
396                                         struct io_context *ioc,
397                                         struct request_queue *q)
398 {
399         if (ioc) {
400                 unsigned long flags;
401                 struct bfq_io_cq *icq;
402
403                 spin_lock_irqsave(q->queue_lock, flags);
404                 icq = icq_to_bic(ioc_lookup_icq(ioc, q));
405                 spin_unlock_irqrestore(q->queue_lock, flags);
406
407                 return icq;
408         }
409
410         return NULL;
411 }
412
413 /*
414  * Scheduler run of queue, if there are requests pending and no one in the
415  * driver that will restart queueing.
416  */
417 void bfq_schedule_dispatch(struct bfq_data *bfqd)
418 {
419         if (bfqd->queued != 0) {
420                 bfq_log(bfqd, "schedule dispatch");
421                 blk_mq_run_hw_queues(bfqd->queue, true);
422         }
423 }
424
425 #define bfq_class_idle(bfqq)    ((bfqq)->ioprio_class == IOPRIO_CLASS_IDLE)
426 #define bfq_class_rt(bfqq)      ((bfqq)->ioprio_class == IOPRIO_CLASS_RT)
427
428 #define bfq_sample_valid(samples)       ((samples) > 80)
429
430 /*
431  * Lifted from AS - choose which of rq1 and rq2 that is best served now.
432  * We choose the request that is closesr to the head right now.  Distance
433  * behind the head is penalized and only allowed to a certain extent.
434  */
435 static struct request *bfq_choose_req(struct bfq_data *bfqd,
436                                       struct request *rq1,
437                                       struct request *rq2,
438                                       sector_t last)
439 {
440         sector_t s1, s2, d1 = 0, d2 = 0;
441         unsigned long back_max;
442 #define BFQ_RQ1_WRAP    0x01 /* request 1 wraps */
443 #define BFQ_RQ2_WRAP    0x02 /* request 2 wraps */
444         unsigned int wrap = 0; /* bit mask: requests behind the disk head? */
445
446         if (!rq1 || rq1 == rq2)
447                 return rq2;
448         if (!rq2)
449                 return rq1;
450
451         if (rq_is_sync(rq1) && !rq_is_sync(rq2))
452                 return rq1;
453         else if (rq_is_sync(rq2) && !rq_is_sync(rq1))
454                 return rq2;
455         if ((rq1->cmd_flags & REQ_META) && !(rq2->cmd_flags & REQ_META))
456                 return rq1;
457         else if ((rq2->cmd_flags & REQ_META) && !(rq1->cmd_flags & REQ_META))
458                 return rq2;
459
460         s1 = blk_rq_pos(rq1);
461         s2 = blk_rq_pos(rq2);
462
463         /*
464          * By definition, 1KiB is 2 sectors.
465          */
466         back_max = bfqd->bfq_back_max * 2;
467
468         /*
469          * Strict one way elevator _except_ in the case where we allow
470          * short backward seeks which are biased as twice the cost of a
471          * similar forward seek.
472          */
473         if (s1 >= last)
474                 d1 = s1 - last;
475         else if (s1 + back_max >= last)
476                 d1 = (last - s1) * bfqd->bfq_back_penalty;
477         else
478                 wrap |= BFQ_RQ1_WRAP;
479
480         if (s2 >= last)
481                 d2 = s2 - last;
482         else if (s2 + back_max >= last)
483                 d2 = (last - s2) * bfqd->bfq_back_penalty;
484         else
485                 wrap |= BFQ_RQ2_WRAP;
486
487         /* Found required data */
488
489         /*
490          * By doing switch() on the bit mask "wrap" we avoid having to
491          * check two variables for all permutations: --> faster!
492          */
493         switch (wrap) {
494         case 0: /* common case for CFQ: rq1 and rq2 not wrapped */
495                 if (d1 < d2)
496                         return rq1;
497                 else if (d2 < d1)
498                         return rq2;
499
500                 if (s1 >= s2)
501                         return rq1;
502                 else
503                         return rq2;
504
505         case BFQ_RQ2_WRAP:
506                 return rq1;
507         case BFQ_RQ1_WRAP:
508                 return rq2;
509         case BFQ_RQ1_WRAP|BFQ_RQ2_WRAP: /* both rqs wrapped */
510         default:
511                 /*
512                  * Since both rqs are wrapped,
513                  * start with the one that's further behind head
514                  * (--> only *one* back seek required),
515                  * since back seek takes more time than forward.
516                  */
517                 if (s1 <= s2)
518                         return rq1;
519                 else
520                         return rq2;
521         }
522 }
523
524 /*
525  * Async I/O can easily starve sync I/O (both sync reads and sync
526  * writes), by consuming all tags. Similarly, storms of sync writes,
527  * such as those that sync(2) may trigger, can starve sync reads.
528  * Limit depths of async I/O and sync writes so as to counter both
529  * problems.
530  */
531 static void bfq_limit_depth(unsigned int op, struct blk_mq_alloc_data *data)
532 {
533         struct bfq_data *bfqd = data->q->elevator->elevator_data;
534
535         if (op_is_sync(op) && !op_is_write(op))
536                 return;
537
538         data->shallow_depth =
539                 bfqd->word_depths[!!bfqd->wr_busy_queues][op_is_sync(op)];
540
541         bfq_log(bfqd, "[%s] wr_busy %d sync %d depth %u",
542                         __func__, bfqd->wr_busy_queues, op_is_sync(op),
543                         data->shallow_depth);
544 }
545
546 static struct bfq_queue *
547 bfq_rq_pos_tree_lookup(struct bfq_data *bfqd, struct rb_root *root,
548                      sector_t sector, struct rb_node **ret_parent,
549                      struct rb_node ***rb_link)
550 {
551         struct rb_node **p, *parent;
552         struct bfq_queue *bfqq = NULL;
553
554         parent = NULL;
555         p = &root->rb_node;
556         while (*p) {
557                 struct rb_node **n;
558
559                 parent = *p;
560                 bfqq = rb_entry(parent, struct bfq_queue, pos_node);
561
562                 /*
563                  * Sort strictly based on sector. Smallest to the left,
564                  * largest to the right.
565                  */
566                 if (sector > blk_rq_pos(bfqq->next_rq))
567                         n = &(*p)->rb_right;
568                 else if (sector < blk_rq_pos(bfqq->next_rq))
569                         n = &(*p)->rb_left;
570                 else
571                         break;
572                 p = n;
573                 bfqq = NULL;
574         }
575
576         *ret_parent = parent;
577         if (rb_link)
578                 *rb_link = p;
579
580         bfq_log(bfqd, "rq_pos_tree_lookup %llu: returning %d",
581                 (unsigned long long)sector,
582                 bfqq ? bfqq->pid : 0);
583
584         return bfqq;
585 }
586
587 static bool bfq_too_late_for_merging(struct bfq_queue *bfqq)
588 {
589         return bfqq->service_from_backlogged > 0 &&
590                 time_is_before_jiffies(bfqq->first_IO_time +
591                                        bfq_merge_time_limit);
592 }
593
594 void bfq_pos_tree_add_move(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
595 {
596         struct rb_node **p, *parent;
597         struct bfq_queue *__bfqq;
598
599         if (bfqq->pos_root) {
600                 rb_erase(&bfqq->pos_node, bfqq->pos_root);
601                 bfqq->pos_root = NULL;
602         }
603
604         /*
605          * bfqq cannot be merged any longer (see comments in
606          * bfq_setup_cooperator): no point in adding bfqq into the
607          * position tree.
608          */
609         if (bfq_too_late_for_merging(bfqq))
610                 return;
611
612         if (bfq_class_idle(bfqq))
613                 return;
614         if (!bfqq->next_rq)
615                 return;
616
617         bfqq->pos_root = &bfq_bfqq_to_bfqg(bfqq)->rq_pos_tree;
618         __bfqq = bfq_rq_pos_tree_lookup(bfqd, bfqq->pos_root,
619                         blk_rq_pos(bfqq->next_rq), &parent, &p);
620         if (!__bfqq) {
621                 rb_link_node(&bfqq->pos_node, parent, p);
622                 rb_insert_color(&bfqq->pos_node, bfqq->pos_root);
623         } else
624                 bfqq->pos_root = NULL;
625 }
626
627 /*
628  * Tell whether there are active queues or groups with differentiated weights.
629  */
630 static bool bfq_differentiated_weights(struct bfq_data *bfqd)
631 {
632         /*
633          * For weights to differ, at least one of the trees must contain
634          * at least two nodes.
635          */
636         return (!RB_EMPTY_ROOT(&bfqd->queue_weights_tree) &&
637                 (bfqd->queue_weights_tree.rb_node->rb_left ||
638                  bfqd->queue_weights_tree.rb_node->rb_right)
639 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
640                ) ||
641                (!RB_EMPTY_ROOT(&bfqd->group_weights_tree) &&
642                 (bfqd->group_weights_tree.rb_node->rb_left ||
643                  bfqd->group_weights_tree.rb_node->rb_right)
644 #endif
645                );
646 }
647
648 /*
649  * The following function returns true if every queue must receive the
650  * same share of the throughput (this condition is used when deciding
651  * whether idling may be disabled, see the comments in the function
652  * bfq_better_to_idle()).
653  *
654  * Such a scenario occurs when:
655  * 1) all active queues have the same weight,
656  * 2) all active groups at the same level in the groups tree have the same
657  *    weight,
658  * 3) all active groups at the same level in the groups tree have the same
659  *    number of children.
660  *
661  * Unfortunately, keeping the necessary state for evaluating exactly the
662  * above symmetry conditions would be quite complex and time-consuming.
663  * Therefore this function evaluates, instead, the following stronger
664  * sub-conditions, for which it is much easier to maintain the needed
665  * state:
666  * 1) all active queues have the same weight,
667  * 2) all active groups have the same weight,
668  * 3) all active groups have at most one active child each.
669  * In particular, the last two conditions are always true if hierarchical
670  * support and the cgroups interface are not enabled, thus no state needs
671  * to be maintained in this case.
672  */
673 static bool bfq_symmetric_scenario(struct bfq_data *bfqd)
674 {
675         return !bfq_differentiated_weights(bfqd);
676 }
677
678 /*
679  * If the weight-counter tree passed as input contains no counter for
680  * the weight of the input entity, then add that counter; otherwise just
681  * increment the existing counter.
682  *
683  * Note that weight-counter trees contain few nodes in mostly symmetric
684  * scenarios. For example, if all queues have the same weight, then the
685  * weight-counter tree for the queues may contain at most one node.
686  * This holds even if low_latency is on, because weight-raised queues
687  * are not inserted in the tree.
688  * In most scenarios, the rate at which nodes are created/destroyed
689  * should be low too.
690  */
691 void bfq_weights_tree_add(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_entity *entity,
692                           struct rb_root *root)
693 {
694         struct rb_node **new = &(root->rb_node), *parent = NULL;
695
696         /*
697          * Do not insert if the entity is already associated with a
698          * counter, which happens if:
699          *   1) the entity is associated with a queue,
700          *   2) a request arrival has caused the queue to become both
701          *      non-weight-raised, and hence change its weight, and
702          *      backlogged; in this respect, each of the two events
703          *      causes an invocation of this function,
704          *   3) this is the invocation of this function caused by the
705          *      second event. This second invocation is actually useless,
706          *      and we handle this fact by exiting immediately. More
707          *      efficient or clearer solutions might possibly be adopted.
708          */
709         if (entity->weight_counter)
710                 return;
711
712         while (*new) {
713                 struct bfq_weight_counter *__counter = container_of(*new,
714                                                 struct bfq_weight_counter,
715                                                 weights_node);
716                 parent = *new;
717
718                 if (entity->weight == __counter->weight) {
719                         entity->weight_counter = __counter;
720                         goto inc_counter;
721                 }
722                 if (entity->weight < __counter->weight)
723                         new = &((*new)->rb_left);
724                 else
725                         new = &((*new)->rb_right);
726         }
727
728         entity->weight_counter = kzalloc(sizeof(struct bfq_weight_counter),
729                                          GFP_ATOMIC);
730
731         /*
732          * In the unlucky event of an allocation failure, we just
733          * exit. This will cause the weight of entity to not be
734          * considered in bfq_differentiated_weights, which, in its
735          * turn, causes the scenario to be deemed wrongly symmetric in
736          * case entity's weight would have been the only weight making
737          * the scenario asymmetric. On the bright side, no unbalance
738          * will however occur when entity becomes inactive again (the
739          * invocation of this function is triggered by an activation
740          * of entity). In fact, bfq_weights_tree_remove does nothing
741          * if !entity->weight_counter.
742          */
743         if (unlikely(!entity->weight_counter))
744                 return;
745
746         entity->weight_counter->weight = entity->weight;
747         rb_link_node(&entity->weight_counter->weights_node, parent, new);
748         rb_insert_color(&entity->weight_counter->weights_node, root);
749
750 inc_counter:
751         entity->weight_counter->num_active++;
752 }
753
754 /*
755  * Decrement the weight counter associated with the entity, and, if the
756  * counter reaches 0, remove the counter from the tree.
757  * See the comments to the function bfq_weights_tree_add() for considerations
758  * about overhead.
759  */
760 void __bfq_weights_tree_remove(struct bfq_data *bfqd,
761                                struct bfq_entity *entity,
762                                struct rb_root *root)
763 {
764         if (!entity->weight_counter)
765                 return;
766
767         entity->weight_counter->num_active--;
768         if (entity->weight_counter->num_active > 0)
769                 goto reset_entity_pointer;
770
771         rb_erase(&entity->weight_counter->weights_node, root);
772         kfree(entity->weight_counter);
773
774 reset_entity_pointer:
775         entity->weight_counter = NULL;
776 }
777
778 /*
779  * Invoke __bfq_weights_tree_remove on bfqq and all its inactive
780  * parent entities.
781  */
782 void bfq_weights_tree_remove(struct bfq_data *bfqd,
783                              struct bfq_queue *bfqq)
784 {
785         struct bfq_entity *entity = bfqq->entity.parent;
786
787         __bfq_weights_tree_remove(bfqd, &bfqq->entity,
788                                   &bfqd->queue_weights_tree);
789
790         for_each_entity(entity) {
791                 struct bfq_sched_data *sd = entity->my_sched_data;
792
793                 if (sd->next_in_service || sd->in_service_entity) {
794                         /*
795                          * entity is still active, because either
796                          * next_in_service or in_service_entity is not
797                          * NULL (see the comments on the definition of
798                          * next_in_service for details on why
799                          * in_service_entity must be checked too).
800                          *
801                          * As a consequence, the weight of entity is
802                          * not to be removed. In addition, if entity
803                          * is active, then its parent entities are
804                          * active as well, and thus their weights are
805                          * not to be removed either. In the end, this
806                          * loop must stop here.
807                          */
808                         break;
809                 }
810                 __bfq_weights_tree_remove(bfqd, entity,
811                                           &bfqd->group_weights_tree);
812         }
813 }
814
815 /*
816  * Return expired entry, or NULL to just start from scratch in rbtree.
817  */
818 static struct request *bfq_check_fifo(struct bfq_queue *bfqq,
819                                       struct request *last)
820 {
821         struct request *rq;
822
823         if (bfq_bfqq_fifo_expire(bfqq))
824                 return NULL;
825
826         bfq_mark_bfqq_fifo_expire(bfqq);
827
828         rq = rq_entry_fifo(bfqq->fifo.next);
829
830         if (rq == last || ktime_get_ns() < rq->fifo_time)
831                 return NULL;
832
833         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "check_fifo: returned %p", rq);
834         return rq;
835 }
836
837 static struct request *bfq_find_next_rq(struct bfq_data *bfqd,
838                                         struct bfq_queue *bfqq,
839                                         struct request *last)
840 {
841         struct rb_node *rbnext = rb_next(&last->rb_node);
842         struct rb_node *rbprev = rb_prev(&last->rb_node);
843         struct request *next, *prev = NULL;
844
845         /* Follow expired path, else get first next available. */
846         next = bfq_check_fifo(bfqq, last);
847         if (next)
848                 return next;
849
850         if (rbprev)
851                 prev = rb_entry_rq(rbprev);
852
853         if (rbnext)
854                 next = rb_entry_rq(rbnext);
855         else {
856                 rbnext = rb_first(&bfqq->sort_list);
857                 if (rbnext && rbnext != &last->rb_node)
858                         next = rb_entry_rq(rbnext);
859         }
860
861         return bfq_choose_req(bfqd, next, prev, blk_rq_pos(last));
862 }
863
864 /* see the definition of bfq_async_charge_factor for details */
865 static unsigned long bfq_serv_to_charge(struct request *rq,
866                                         struct bfq_queue *bfqq)
867 {
868         if (bfq_bfqq_sync(bfqq) || bfqq->wr_coeff > 1)
869                 return blk_rq_sectors(rq);
870
871         return blk_rq_sectors(rq) * bfq_async_charge_factor;
872 }
873
874 /**
875  * bfq_updated_next_req - update the queue after a new next_rq selection.
876  * @bfqd: the device data the queue belongs to.
877  * @bfqq: the queue to update.
878  *
879  * If the first request of a queue changes we make sure that the queue
880  * has enough budget to serve at least its first request (if the
881  * request has grown).  We do this because if the queue has not enough
882  * budget for its first request, it has to go through two dispatch
883  * rounds to actually get it dispatched.
884  */
885 static void bfq_updated_next_req(struct bfq_data *bfqd,
886                                  struct bfq_queue *bfqq)
887 {
888         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
889         struct request *next_rq = bfqq->next_rq;
890         unsigned long new_budget;
891
892         if (!next_rq)
893                 return;
894
895         if (bfqq == bfqd->in_service_queue)
896                 /*
897                  * In order not to break guarantees, budgets cannot be
898                  * changed after an entity has been selected.
899                  */
900                 return;
901
902         new_budget = max_t(unsigned long, bfqq->max_budget,
903                            bfq_serv_to_charge(next_rq, bfqq));
904         if (entity->budget != new_budget) {
905                 entity->budget = new_budget;
906                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "updated next rq: new budget %lu",
907                                          new_budget);
908                 bfq_requeue_bfqq(bfqd, bfqq, false);
909         }
910 }
911
912 static unsigned int bfq_wr_duration(struct bfq_data *bfqd)
913 {
914         u64 dur;
915
916         if (bfqd->bfq_wr_max_time > 0)
917                 return bfqd->bfq_wr_max_time;
918
919         dur = bfqd->rate_dur_prod;
920         do_div(dur, bfqd->peak_rate);
921
922         /*
923          * Limit duration between 3 and 25 seconds. The upper limit
924          * has been conservatively set after the following worst case:
925          * on a QEMU/KVM virtual machine
926          * - running in a slow PC
927          * - with a virtual disk stacked on a slow low-end 5400rpm HDD
928          * - serving a heavy I/O workload, such as the sequential reading
929          *   of several files
930          * mplayer took 23 seconds to start, if constantly weight-raised.
931          *
932          * As for higher values than that accomodating the above bad
933          * scenario, tests show that higher values would often yield
934          * the opposite of the desired result, i.e., would worsen
935          * responsiveness by allowing non-interactive applications to
936          * preserve weight raising for too long.
937          *
938          * On the other end, lower values than 3 seconds make it
939          * difficult for most interactive tasks to complete their jobs
940          * before weight-raising finishes.
941          */
942         return clamp_val(dur, msecs_to_jiffies(3000), msecs_to_jiffies(25000));
943 }
944
945 /* switch back from soft real-time to interactive weight raising */
946 static void switch_back_to_interactive_wr(struct bfq_queue *bfqq,
947                                           struct bfq_data *bfqd)
948 {
949         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
950         bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
951         bfqq->last_wr_start_finish = bfqq->wr_start_at_switch_to_srt;
952 }
953
954 static void
955 bfq_bfqq_resume_state(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_data *bfqd,
956                       struct bfq_io_cq *bic, bool bfq_already_existing)
957 {
958         unsigned int old_wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
959         bool busy = bfq_already_existing && bfq_bfqq_busy(bfqq);
960
961         if (bic->saved_has_short_ttime)
962                 bfq_mark_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
963         else
964                 bfq_clear_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
965
966         if (bic->saved_IO_bound)
967                 bfq_mark_bfqq_IO_bound(bfqq);
968         else
969                 bfq_clear_bfqq_IO_bound(bfqq);
970
971         bfqq->ttime = bic->saved_ttime;
972         bfqq->wr_coeff = bic->saved_wr_coeff;
973         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt = bic->saved_wr_start_at_switch_to_srt;
974         bfqq->last_wr_start_finish = bic->saved_last_wr_start_finish;
975         bfqq->wr_cur_max_time = bic->saved_wr_cur_max_time;
976
977         if (bfqq->wr_coeff > 1 && (bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq) ||
978             time_is_before_jiffies(bfqq->last_wr_start_finish +
979                                    bfqq->wr_cur_max_time))) {
980                 if (bfqq->wr_cur_max_time == bfqd->bfq_wr_rt_max_time &&
981                     !bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq) &&
982                     time_is_after_eq_jiffies(bfqq->wr_start_at_switch_to_srt +
983                                              bfq_wr_duration(bfqd))) {
984                         switch_back_to_interactive_wr(bfqq, bfqd);
985                 } else {
986                         bfqq->wr_coeff = 1;
987                         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq,
988                                      "resume state: switching off wr");
989                 }
990         }
991
992         /* make sure weight will be updated, however we got here */
993         bfqq->entity.prio_changed = 1;
994
995         if (likely(!busy))
996                 return;
997
998         if (old_wr_coeff == 1 && bfqq->wr_coeff > 1)
999                 bfqd->wr_busy_queues++;
1000         else if (old_wr_coeff > 1 && bfqq->wr_coeff == 1)
1001                 bfqd->wr_busy_queues--;
1002 }
1003
1004 static int bfqq_process_refs(struct bfq_queue *bfqq)
1005 {
1006         return bfqq->ref - bfqq->allocated - bfqq->entity.on_st;
1007 }
1008
1009 /* Empty burst list and add just bfqq (see comments on bfq_handle_burst) */
1010 static void bfq_reset_burst_list(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
1011 {
1012         struct bfq_queue *item;
1013         struct hlist_node *n;
1014
1015         hlist_for_each_entry_safe(item, n, &bfqd->burst_list, burst_list_node)
1016                 hlist_del_init(&item->burst_list_node);
1017         hlist_add_head(&bfqq->burst_list_node, &bfqd->burst_list);
1018         bfqd->burst_size = 1;
1019         bfqd->burst_parent_entity = bfqq->entity.parent;
1020 }
1021
1022 /* Add bfqq to the list of queues in current burst (see bfq_handle_burst) */
1023 static void bfq_add_to_burst(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
1024 {
1025         /* Increment burst size to take into account also bfqq */
1026         bfqd->burst_size++;
1027
1028         if (bfqd->burst_size == bfqd->bfq_large_burst_thresh) {
1029                 struct bfq_queue *pos, *bfqq_item;
1030                 struct hlist_node *n;
1031
1032                 /*
1033                  * Enough queues have been activated shortly after each
1034                  * other to consider this burst as large.
1035                  */
1036                 bfqd->large_burst = true;
1037
1038                 /*
1039                  * We can now mark all queues in the burst list as
1040                  * belonging to a large burst.
1041                  */
1042                 hlist_for_each_entry(bfqq_item, &bfqd->burst_list,
1043                                      burst_list_node)
1044                         bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq_item);
1045                 bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq);
1046
1047                 /*
1048                  * From now on, and until the current burst finishes, any
1049                  * new queue being activated shortly after the last queue
1050                  * was inserted in the burst can be immediately marked as
1051                  * belonging to a large burst. So the burst list is not
1052                  * needed any more. Remove it.
1053                  */
1054                 hlist_for_each_entry_safe(pos, n, &bfqd->burst_list,
1055                                           burst_list_node)
1056                         hlist_del_init(&pos->burst_list_node);
1057         } else /*
1058                 * Burst not yet large: add bfqq to the burst list. Do
1059                 * not increment the ref counter for bfqq, because bfqq
1060                 * is removed from the burst list before freeing bfqq
1061                 * in put_queue.
1062                 */
1063                 hlist_add_head(&bfqq->burst_list_node, &bfqd->burst_list);
1064 }
1065
1066 /*
1067  * If many queues belonging to the same group happen to be created
1068  * shortly after each other, then the processes associated with these
1069  * queues have typically a common goal. In particular, bursts of queue
1070  * creations are usually caused by services or applications that spawn
1071  * many parallel threads/processes. Examples are systemd during boot,
1072  * or git grep. To help these processes get their job done as soon as
1073  * possible, it is usually better to not grant either weight-raising
1074  * or device idling to their queues.
1075  *
1076  * In this comment we describe, firstly, the reasons why this fact
1077  * holds, and, secondly, the next function, which implements the main
1078  * steps needed to properly mark these queues so that they can then be
1079  * treated in a different way.
1080  *
1081  * The above services or applications benefit mostly from a high
1082  * throughput: the quicker the requests of the activated queues are
1083  * cumulatively served, the sooner the target job of these queues gets
1084  * completed. As a consequence, weight-raising any of these queues,
1085  * which also implies idling the device for it, is almost always
1086  * counterproductive. In most cases it just lowers throughput.
1087  *
1088  * On the other hand, a burst of queue creations may be caused also by
1089  * the start of an application that does not consist of a lot of
1090  * parallel I/O-bound threads. In fact, with a complex application,
1091  * several short processes may need to be executed to start-up the
1092  * application. In this respect, to start an application as quickly as
1093  * possible, the best thing to do is in any case to privilege the I/O
1094  * related to the application with respect to all other
1095  * I/O. Therefore, the best strategy to start as quickly as possible
1096  * an application that causes a burst of queue creations is to
1097  * weight-raise all the queues created during the burst. This is the
1098  * exact opposite of the best strategy for the other type of bursts.
1099  *
1100  * In the end, to take the best action for each of the two cases, the
1101  * two types of bursts need to be distinguished. Fortunately, this
1102  * seems relatively easy, by looking at the sizes of the bursts. In
1103  * particular, we found a threshold such that only bursts with a
1104  * larger size than that threshold are apparently caused by
1105  * services or commands such as systemd or git grep. For brevity,
1106  * hereafter we call just 'large' these bursts. BFQ *does not*
1107  * weight-raise queues whose creation occurs in a large burst. In
1108  * addition, for each of these queues BFQ performs or does not perform
1109  * idling depending on which choice boosts the throughput more. The
1110  * exact choice depends on the device and request pattern at
1111  * hand.
1112  *
1113  * Unfortunately, false positives may occur while an interactive task
1114  * is starting (e.g., an application is being started). The
1115  * consequence is that the queues associated with the task do not
1116  * enjoy weight raising as expected. Fortunately these false positives
1117  * are very rare. They typically occur if some service happens to
1118  * start doing I/O exactly when the interactive task starts.
1119  *
1120  * Turning back to the next function, it implements all the steps
1121  * needed to detect the occurrence of a large burst and to properly
1122  * mark all the queues belonging to it (so that they can then be
1123  * treated in a different way). This goal is achieved by maintaining a
1124  * "burst list" that holds, temporarily, the queues that belong to the
1125  * burst in progress. The list is then used to mark these queues as
1126  * belonging to a large burst if the burst does become large. The main
1127  * steps are the following.
1128  *
1129  * . when the very first queue is created, the queue is inserted into the
1130  *   list (as it could be the first queue in a possible burst)
1131  *
1132  * . if the current burst has not yet become large, and a queue Q that does
1133  *   not yet belong to the burst is activated shortly after the last time
1134  *   at which a new queue entered the burst list, then the function appends
1135  *   Q to the burst list
1136  *
1137  * . if, as a consequence of the previous step, the burst size reaches
1138  *   the large-burst threshold, then
1139  *
1140  *     . all the queues in the burst list are marked as belonging to a
1141  *       large burst
1142  *
1143  *     . the burst list is deleted; in fact, the burst list already served
1144  *       its purpose (keeping temporarily track of the queues in a burst,
1145  *       so as to be able to mark them as belonging to a large burst in the
1146  *       previous sub-step), and now is not needed any more
1147  *
1148  *     . the device enters a large-burst mode
1149  *
1150  * . if a queue Q that does not belong to the burst is created while
1151  *   the device is in large-burst mode and shortly after the last time
1152  *   at which a queue either entered the burst list or was marked as
1153  *   belonging to the current large burst, then Q is immediately marked
1154  *   as belonging to a large burst.
1155  *
1156  * . if a queue Q that does not belong to the burst is created a while
1157  *   later, i.e., not shortly after, than the last time at which a queue
1158  *   either entered the burst list or was marked as belonging to the
1159  *   current large burst, then the current burst is deemed as finished and:
1160  *
1161  *        . the large-burst mode is reset if set
1162  *
1163  *        . the burst list is emptied
1164  *
1165  *        . Q is inserted in the burst list, as Q may be the first queue
1166  *          in a possible new burst (then the burst list contains just Q
1167  *          after this step).
1168  */
1169 static void bfq_handle_burst(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
1170 {
1171         /*
1172          * If bfqq is already in the burst list or is part of a large
1173          * burst, or finally has just been split, then there is
1174          * nothing else to do.
1175          */
1176         if (!hlist_unhashed(&bfqq->burst_list_node) ||
1177             bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq) ||
1178             time_is_after_eq_jiffies(bfqq->split_time +
1179                                      msecs_to_jiffies(10)))
1180                 return;
1181
1182         /*
1183          * If bfqq's creation happens late enough, or bfqq belongs to
1184          * a different group than the burst group, then the current
1185          * burst is finished, and related data structures must be
1186          * reset.
1187          *
1188          * In this respect, consider the special case where bfqq is
1189          * the very first queue created after BFQ is selected for this
1190          * device. In this case, last_ins_in_burst and
1191          * burst_parent_entity are not yet significant when we get
1192          * here. But it is easy to verify that, whether or not the
1193          * following condition is true, bfqq will end up being
1194          * inserted into the burst list. In particular the list will
1195          * happen to contain only bfqq. And this is exactly what has
1196          * to happen, as bfqq may be the first queue of the first
1197          * burst.
1198          */
1199         if (time_is_before_jiffies(bfqd->last_ins_in_burst +
1200             bfqd->bfq_burst_interval) ||
1201             bfqq->entity.parent != bfqd->burst_parent_entity) {
1202                 bfqd->large_burst = false;
1203                 bfq_reset_burst_list(bfqd, bfqq);
1204                 goto end;
1205         }
1206
1207         /*
1208          * If we get here, then bfqq is being activated shortly after the
1209          * last queue. So, if the current burst is also large, we can mark
1210          * bfqq as belonging to this large burst immediately.
1211          */
1212         if (bfqd->large_burst) {
1213                 bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq);
1214                 goto end;
1215         }
1216
1217         /*
1218          * If we get here, then a large-burst state has not yet been
1219          * reached, but bfqq is being activated shortly after the last
1220          * queue. Then we add bfqq to the burst.
1221          */
1222         bfq_add_to_burst(bfqd, bfqq);
1223 end:
1224         /*
1225          * At this point, bfqq either has been added to the current
1226          * burst or has caused the current burst to terminate and a
1227          * possible new burst to start. In particular, in the second
1228          * case, bfqq has become the first queue in the possible new
1229          * burst.  In both cases last_ins_in_burst needs to be moved
1230          * forward.
1231          */
1232         bfqd->last_ins_in_burst = jiffies;
1233 }
1234
1235 static int bfq_bfqq_budget_left(struct bfq_queue *bfqq)
1236 {
1237         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
1238
1239         return entity->budget - entity->service;
1240 }
1241
1242 /*
1243  * If enough samples have been computed, return the current max budget
1244  * stored in bfqd, which is dynamically updated according to the
1245  * estimated disk peak rate; otherwise return the default max budget
1246  */
1247 static int bfq_max_budget(struct bfq_data *bfqd)
1248 {
1249         if (bfqd->budgets_assigned < bfq_stats_min_budgets)
1250                 return bfq_default_max_budget;
1251         else
1252                 return bfqd->bfq_max_budget;
1253 }
1254
1255 /*
1256  * Return min budget, which is a fraction of the current or default
1257  * max budget (trying with 1/32)
1258  */
1259 static int bfq_min_budget(struct bfq_data *bfqd)
1260 {
1261         if (bfqd->budgets_assigned < bfq_stats_min_budgets)
1262                 return bfq_default_max_budget / 32;
1263         else
1264                 return bfqd->bfq_max_budget / 32;
1265 }
1266
1267 /*
1268  * The next function, invoked after the input queue bfqq switches from
1269  * idle to busy, updates the budget of bfqq. The function also tells
1270  * whether the in-service queue should be expired, by returning
1271  * true. The purpose of expiring the in-service queue is to give bfqq
1272  * the chance to possibly preempt the in-service queue, and the reason
1273  * for preempting the in-service queue is to achieve one of the two
1274  * goals below.
1275  *
1276  * 1. Guarantee to bfqq its reserved bandwidth even if bfqq has
1277  * expired because it has remained idle. In particular, bfqq may have
1278  * expired for one of the following two reasons:
1279  *
1280  * - BFQQE_NO_MORE_REQUESTS bfqq did not enjoy any device idling
1281  *   and did not make it to issue a new request before its last
1282  *   request was served;
1283  *
1284  * - BFQQE_TOO_IDLE bfqq did enjoy device idling, but did not issue
1285  *   a new request before the expiration of the idling-time.
1286  *
1287  * Even if bfqq has expired for one of the above reasons, the process
1288  * associated with the queue may be however issuing requests greedily,
1289  * and thus be sensitive to the bandwidth it receives (bfqq may have
1290  * remained idle for other reasons: CPU high load, bfqq not enjoying
1291  * idling, I/O throttling somewhere in the path from the process to
1292  * the I/O scheduler, ...). But if, after every expiration for one of
1293  * the above two reasons, bfqq has to wait for the service of at least
1294  * one full budget of another queue before being served again, then
1295  * bfqq is likely to get a much lower bandwidth or resource time than
1296  * its reserved ones. To address this issue, two countermeasures need
1297  * to be taken.
1298  *
1299  * First, the budget and the timestamps of bfqq need to be updated in
1300  * a special way on bfqq reactivation: they need to be updated as if
1301  * bfqq did not remain idle and did not expire. In fact, if they are
1302  * computed as if bfqq expired and remained idle until reactivation,
1303  * then the process associated with bfqq is treated as if, instead of
1304  * being greedy, it stopped issuing requests when bfqq remained idle,
1305  * and restarts issuing requests only on this reactivation. In other
1306  * words, the scheduler does not help the process recover the "service
1307  * hole" between bfqq expiration and reactivation. As a consequence,
1308  * the process receives a lower bandwidth than its reserved one. In
1309  * contrast, to recover this hole, the budget must be updated as if
1310  * bfqq was not expired at all before this reactivation, i.e., it must
1311  * be set to the value of the remaining budget when bfqq was
1312  * expired. Along the same line, timestamps need to be assigned the
1313  * value they had the last time bfqq was selected for service, i.e.,
1314  * before last expiration. Thus timestamps need to be back-shifted
1315  * with respect to their normal computation (see [1] for more details
1316  * on this tricky aspect).
1317  *
1318  * Secondly, to allow the process to recover the hole, the in-service
1319  * queue must be expired too, to give bfqq the chance to preempt it
1320  * immediately. In fact, if bfqq has to wait for a full budget of the
1321  * in-service queue to be completed, then it may become impossible to
1322  * let the process recover the hole, even if the back-shifted
1323  * timestamps of bfqq are lower than those of the in-service queue. If
1324  * this happens for most or all of the holes, then the process may not
1325  * receive its reserved bandwidth. In this respect, it is worth noting
1326  * that, being the service of outstanding requests unpreemptible, a
1327  * little fraction of the holes may however be unrecoverable, thereby
1328  * causing a little loss of bandwidth.
1329  *
1330  * The last important point is detecting whether bfqq does need this
1331  * bandwidth recovery. In this respect, the next function deems the
1332  * process associated with bfqq greedy, and thus allows it to recover
1333  * the hole, if: 1) the process is waiting for the arrival of a new
1334  * request (which implies that bfqq expired for one of the above two
1335  * reasons), and 2) such a request has arrived soon. The first
1336  * condition is controlled through the flag non_blocking_wait_rq,
1337  * while the second through the flag arrived_in_time. If both
1338  * conditions hold, then the function computes the budget in the
1339  * above-described special way, and signals that the in-service queue
1340  * should be expired. Timestamp back-shifting is done later in
1341  * __bfq_activate_entity.
1342  *
1343  * 2. Reduce latency. Even if timestamps are not backshifted to let
1344  * the process associated with bfqq recover a service hole, bfqq may
1345  * however happen to have, after being (re)activated, a lower finish
1346  * timestamp than the in-service queue.  That is, the next budget of
1347  * bfqq may have to be completed before the one of the in-service
1348  * queue. If this is the case, then preempting the in-service queue
1349  * allows this goal to be achieved, apart from the unpreemptible,
1350  * outstanding requests mentioned above.
1351  *
1352  * Unfortunately, regardless of which of the above two goals one wants
1353  * to achieve, service trees need first to be updated to know whether
1354  * the in-service queue must be preempted. To have service trees
1355  * correctly updated, the in-service queue must be expired and
1356  * rescheduled, and bfqq must be scheduled too. This is one of the
1357  * most costly operations (in future versions, the scheduling
1358  * mechanism may be re-designed in such a way to make it possible to
1359  * know whether preemption is needed without needing to update service
1360  * trees). In addition, queue preemptions almost always cause random
1361  * I/O, and thus loss of throughput. Because of these facts, the next
1362  * function adopts the following simple scheme to avoid both costly
1363  * operations and too frequent preemptions: it requests the expiration
1364  * of the in-service queue (unconditionally) only for queues that need
1365  * to recover a hole, or that either are weight-raised or deserve to
1366  * be weight-raised.
1367  */
1368 static bool bfq_bfqq_update_budg_for_activation(struct bfq_data *bfqd,
1369                                                 struct bfq_queue *bfqq,
1370                                                 bool arrived_in_time,
1371                                                 bool wr_or_deserves_wr)
1372 {
1373         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
1374
1375         if (bfq_bfqq_non_blocking_wait_rq(bfqq) && arrived_in_time) {
1376                 /*
1377                  * We do not clear the flag non_blocking_wait_rq here, as
1378                  * the latter is used in bfq_activate_bfqq to signal
1379                  * that timestamps need to be back-shifted (and is
1380                  * cleared right after).
1381                  */
1382
1383                 /*
1384                  * In next assignment we rely on that either
1385                  * entity->service or entity->budget are not updated
1386                  * on expiration if bfqq is empty (see
1387                  * __bfq_bfqq_recalc_budget). Thus both quantities
1388                  * remain unchanged after such an expiration, and the
1389                  * following statement therefore assigns to
1390                  * entity->budget the remaining budget on such an
1391                  * expiration.
1392                  */
1393                 entity->budget = min_t(unsigned long,
1394                                        bfq_bfqq_budget_left(bfqq),
1395                                        bfqq->max_budget);
1396
1397                 /*
1398                  * At this point, we have used entity->service to get
1399                  * the budget left (needed for updating
1400                  * entity->budget). Thus we finally can, and have to,
1401                  * reset entity->service. The latter must be reset
1402                  * because bfqq would otherwise be charged again for
1403                  * the service it has received during its previous
1404                  * service slot(s).
1405                  */
1406                 entity->service = 0;
1407
1408                 return true;
1409         }
1410
1411         /*
1412          * We can finally complete expiration, by setting service to 0.
1413          */
1414         entity->service = 0;
1415         entity->budget = max_t(unsigned long, bfqq->max_budget,
1416                                bfq_serv_to_charge(bfqq->next_rq, bfqq));
1417         bfq_clear_bfqq_non_blocking_wait_rq(bfqq);
1418         return wr_or_deserves_wr;
1419 }
1420
1421 /*
1422  * Return the farthest past time instant according to jiffies
1423  * macros.
1424  */
1425 static unsigned long bfq_smallest_from_now(void)
1426 {
1427         return jiffies - MAX_JIFFY_OFFSET;
1428 }
1429
1430 static void bfq_update_bfqq_wr_on_rq_arrival(struct bfq_data *bfqd,
1431                                              struct bfq_queue *bfqq,
1432                                              unsigned int old_wr_coeff,
1433                                              bool wr_or_deserves_wr,
1434                                              bool interactive,
1435                                              bool in_burst,
1436                                              bool soft_rt)
1437 {
1438         if (old_wr_coeff == 1 && wr_or_deserves_wr) {
1439                 /* start a weight-raising period */
1440                 if (interactive) {
1441                         bfqq->service_from_wr = 0;
1442                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
1443                         bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
1444                 } else {
1445                         /*
1446                          * No interactive weight raising in progress
1447                          * here: assign minus infinity to
1448                          * wr_start_at_switch_to_srt, to make sure
1449                          * that, at the end of the soft-real-time
1450                          * weight raising periods that is starting
1451                          * now, no interactive weight-raising period
1452                          * may be wrongly considered as still in
1453                          * progress (and thus actually started by
1454                          * mistake).
1455                          */
1456                         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt =
1457                                 bfq_smallest_from_now();
1458                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff *
1459                                 BFQ_SOFTRT_WEIGHT_FACTOR;
1460                         bfqq->wr_cur_max_time =
1461                                 bfqd->bfq_wr_rt_max_time;
1462                 }
1463
1464                 /*
1465                  * If needed, further reduce budget to make sure it is
1466                  * close to bfqq's backlog, so as to reduce the
1467                  * scheduling-error component due to a too large
1468                  * budget. Do not care about throughput consequences,
1469                  * but only about latency. Finally, do not assign a
1470                  * too small budget either, to avoid increasing
1471                  * latency by causing too frequent expirations.
1472                  */
1473                 bfqq->entity.budget = min_t(unsigned long,
1474                                             bfqq->entity.budget,
1475                                             2 * bfq_min_budget(bfqd));
1476         } else if (old_wr_coeff > 1) {
1477                 if (interactive) { /* update wr coeff and duration */
1478                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
1479                         bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
1480                 } else if (in_burst)
1481                         bfqq->wr_coeff = 1;
1482                 else if (soft_rt) {
1483                         /*
1484                          * The application is now or still meeting the
1485                          * requirements for being deemed soft rt.  We
1486                          * can then correctly and safely (re)charge
1487                          * the weight-raising duration for the
1488                          * application with the weight-raising
1489                          * duration for soft rt applications.
1490                          *
1491                          * In particular, doing this recharge now, i.e.,
1492                          * before the weight-raising period for the
1493                          * application finishes, reduces the probability
1494                          * of the following negative scenario:
1495                          * 1) the weight of a soft rt application is
1496                          *    raised at startup (as for any newly
1497                          *    created application),
1498                          * 2) since the application is not interactive,
1499                          *    at a certain time weight-raising is
1500                          *    stopped for the application,
1501                          * 3) at that time the application happens to
1502                          *    still have pending requests, and hence
1503                          *    is destined to not have a chance to be
1504                          *    deemed soft rt before these requests are
1505                          *    completed (see the comments to the
1506                          *    function bfq_bfqq_softrt_next_start()
1507                          *    for details on soft rt detection),
1508                          * 4) these pending requests experience a high
1509                          *    latency because the application is not
1510                          *    weight-raised while they are pending.
1511                          */
1512                         if (bfqq->wr_cur_max_time !=
1513                                 bfqd->bfq_wr_rt_max_time) {
1514                                 bfqq->wr_start_at_switch_to_srt =
1515                                         bfqq->last_wr_start_finish;
1516
1517                                 bfqq->wr_cur_max_time =
1518                                         bfqd->bfq_wr_rt_max_time;
1519                                 bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff *
1520                                         BFQ_SOFTRT_WEIGHT_FACTOR;
1521                         }
1522                         bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
1523                 }
1524         }
1525 }
1526
1527 static bool bfq_bfqq_idle_for_long_time(struct bfq_data *bfqd,
1528                                         struct bfq_queue *bfqq)
1529 {
1530         return bfqq->dispatched == 0 &&
1531                 time_is_before_jiffies(
1532                         bfqq->budget_timeout +
1533                         bfqd->bfq_wr_min_idle_time);
1534 }
1535
1536 static void bfq_bfqq_handle_idle_busy_switch(struct bfq_data *bfqd,
1537                                              struct bfq_queue *bfqq,
1538                                              int old_wr_coeff,
1539                                              struct request *rq,
1540                                              bool *interactive)
1541 {
1542         bool soft_rt, in_burst, wr_or_deserves_wr,
1543                 bfqq_wants_to_preempt,
1544                 idle_for_long_time = bfq_bfqq_idle_for_long_time(bfqd, bfqq),
1545                 /*
1546                  * See the comments on
1547                  * bfq_bfqq_update_budg_for_activation for
1548                  * details on the usage of the next variable.
1549                  */
1550                 arrived_in_time =  ktime_get_ns() <=
1551                         bfqq->ttime.last_end_request +
1552                         bfqd->bfq_slice_idle * 3;
1553
1554
1555         /*
1556          * bfqq deserves to be weight-raised if:
1557          * - it is sync,
1558          * - it does not belong to a large burst,
1559          * - it has been idle for enough time or is soft real-time,
1560          * - is linked to a bfq_io_cq (it is not shared in any sense).
1561          */
1562         in_burst = bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq);
1563         soft_rt = bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate > 0 &&
1564                 !in_burst &&
1565                 time_is_before_jiffies(bfqq->soft_rt_next_start) &&
1566                 bfqq->dispatched == 0;
1567         *interactive = !in_burst && idle_for_long_time;
1568         wr_or_deserves_wr = bfqd->low_latency &&
1569                 (bfqq->wr_coeff > 1 ||
1570                  (bfq_bfqq_sync(bfqq) &&
1571                   bfqq->bic && (*interactive || soft_rt)));
1572
1573         /*
1574          * Using the last flag, update budget and check whether bfqq
1575          * may want to preempt the in-service queue.
1576          */
1577         bfqq_wants_to_preempt =
1578                 bfq_bfqq_update_budg_for_activation(bfqd, bfqq,
1579                                                     arrived_in_time,
1580                                                     wr_or_deserves_wr);
1581
1582         /*
1583          * If bfqq happened to be activated in a burst, but has been
1584          * idle for much more than an interactive queue, then we
1585          * assume that, in the overall I/O initiated in the burst, the
1586          * I/O associated with bfqq is finished. So bfqq does not need
1587          * to be treated as a queue belonging to a burst
1588          * anymore. Accordingly, we reset bfqq's in_large_burst flag
1589          * if set, and remove bfqq from the burst list if it's
1590          * there. We do not decrement burst_size, because the fact
1591          * that bfqq does not need to belong to the burst list any
1592          * more does not invalidate the fact that bfqq was created in
1593          * a burst.
1594          */
1595         if (likely(!bfq_bfqq_just_created(bfqq)) &&
1596             idle_for_long_time &&
1597             time_is_before_jiffies(
1598                     bfqq->budget_timeout +
1599                     msecs_to_jiffies(10000))) {
1600                 hlist_del_init(&bfqq->burst_list_node);
1601                 bfq_clear_bfqq_in_large_burst(bfqq);
1602         }
1603
1604         bfq_clear_bfqq_just_created(bfqq);
1605
1606
1607         if (!bfq_bfqq_IO_bound(bfqq)) {
1608                 if (arrived_in_time) {
1609                         bfqq->requests_within_timer++;
1610                         if (bfqq->requests_within_timer >=
1611                             bfqd->bfq_requests_within_timer)
1612                                 bfq_mark_bfqq_IO_bound(bfqq);
1613                 } else
1614                         bfqq->requests_within_timer = 0;
1615         }
1616
1617         if (bfqd->low_latency) {
1618                 if (unlikely(time_is_after_jiffies(bfqq->split_time)))
1619                         /* wraparound */
1620                         bfqq->split_time =
1621                                 jiffies - bfqd->bfq_wr_min_idle_time - 1;
1622
1623                 if (time_is_before_jiffies(bfqq->split_time +
1624                                            bfqd->bfq_wr_min_idle_time)) {
1625                         bfq_update_bfqq_wr_on_rq_arrival(bfqd, bfqq,
1626                                                          old_wr_coeff,
1627                                                          wr_or_deserves_wr,
1628                                                          *interactive,
1629                                                          in_burst,
1630                                                          soft_rt);
1631
1632                         if (old_wr_coeff != bfqq->wr_coeff)
1633                                 bfqq->entity.prio_changed = 1;
1634                 }
1635         }
1636
1637         bfqq->last_idle_bklogged = jiffies;
1638         bfqq->service_from_backlogged = 0;
1639         bfq_clear_bfqq_softrt_update(bfqq);
1640
1641         bfq_add_bfqq_busy(bfqd, bfqq);
1642
1643         /*
1644          * Expire in-service queue only if preemption may be needed
1645          * for guarantees. In this respect, the function
1646          * next_queue_may_preempt just checks a simple, necessary
1647          * condition, and not a sufficient condition based on
1648          * timestamps. In fact, for the latter condition to be
1649          * evaluated, timestamps would need first to be updated, and
1650          * this operation is quite costly (see the comments on the
1651          * function bfq_bfqq_update_budg_for_activation).
1652          */
1653         if (bfqd->in_service_queue && bfqq_wants_to_preempt &&
1654             bfqd->in_service_queue->wr_coeff < bfqq->wr_coeff &&
1655             next_queue_may_preempt(bfqd))
1656                 bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqd->in_service_queue,
1657                                 false, BFQQE_PREEMPTED);
1658 }
1659
1660 static void bfq_add_request(struct request *rq)
1661 {
1662         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
1663         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
1664         struct request *next_rq, *prev;
1665         unsigned int old_wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
1666         bool interactive = false;
1667
1668         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "add_request %d", rq_is_sync(rq));
1669         bfqq->queued[rq_is_sync(rq)]++;
1670         bfqd->queued++;
1671
1672         elv_rb_add(&bfqq->sort_list, rq);
1673
1674         /*
1675          * Check if this request is a better next-serve candidate.
1676          */
1677         prev = bfqq->next_rq;
1678         next_rq = bfq_choose_req(bfqd, bfqq->next_rq, rq, bfqd->last_position);
1679         bfqq->next_rq = next_rq;
1680
1681         /*
1682          * Adjust priority tree position, if next_rq changes.
1683          */
1684         if (prev != bfqq->next_rq)
1685                 bfq_pos_tree_add_move(bfqd, bfqq);
1686
1687         if (!bfq_bfqq_busy(bfqq)) /* switching to busy ... */
1688                 bfq_bfqq_handle_idle_busy_switch(bfqd, bfqq, old_wr_coeff,
1689                                                  rq, &interactive);
1690         else {
1691                 if (bfqd->low_latency && old_wr_coeff == 1 && !rq_is_sync(rq) &&
1692                     time_is_before_jiffies(
1693                                 bfqq->last_wr_start_finish +
1694                                 bfqd->bfq_wr_min_inter_arr_async)) {
1695                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
1696                         bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
1697
1698                         bfqd->wr_busy_queues++;
1699                         bfqq->entity.prio_changed = 1;
1700                 }
1701                 if (prev != bfqq->next_rq)
1702                         bfq_updated_next_req(bfqd, bfqq);
1703         }
1704
1705         /*
1706          * Assign jiffies to last_wr_start_finish in the following
1707          * cases:
1708          *
1709          * . if bfqq is not going to be weight-raised, because, for
1710          *   non weight-raised queues, last_wr_start_finish stores the
1711          *   arrival time of the last request; as of now, this piece
1712          *   of information is used only for deciding whether to
1713          *   weight-raise async queues
1714          *
1715          * . if bfqq is not weight-raised, because, if bfqq is now
1716          *   switching to weight-raised, then last_wr_start_finish
1717          *   stores the time when weight-raising starts
1718          *
1719          * . if bfqq is interactive, because, regardless of whether
1720          *   bfqq is currently weight-raised, the weight-raising
1721          *   period must start or restart (this case is considered
1722          *   separately because it is not detected by the above
1723          *   conditions, if bfqq is already weight-raised)
1724          *
1725          * last_wr_start_finish has to be updated also if bfqq is soft
1726          * real-time, because the weight-raising period is constantly
1727          * restarted on idle-to-busy transitions for these queues, but
1728          * this is already done in bfq_bfqq_handle_idle_busy_switch if
1729          * needed.
1730          */
1731         if (bfqd->low_latency &&
1732                 (old_wr_coeff == 1 || bfqq->wr_coeff == 1 || interactive))
1733                 bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
1734 }
1735
1736 static struct request *bfq_find_rq_fmerge(struct bfq_data *bfqd,
1737                                           struct bio *bio,
1738                                           struct request_queue *q)
1739 {
1740         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->bio_bfqq;
1741
1742
1743         if (bfqq)
1744                 return elv_rb_find(&bfqq->sort_list, bio_end_sector(bio));
1745
1746         return NULL;
1747 }
1748
1749 static sector_t get_sdist(sector_t last_pos, struct request *rq)
1750 {
1751         if (last_pos)
1752                 return abs(blk_rq_pos(rq) - last_pos);
1753
1754         return 0;
1755 }
1756
1757 #if 0 /* Still not clear if we can do without next two functions */
1758 static void bfq_activate_request(struct request_queue *q, struct request *rq)
1759 {
1760         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
1761
1762         bfqd->rq_in_driver++;
1763 }
1764
1765 static void bfq_deactivate_request(struct request_queue *q, struct request *rq)
1766 {
1767         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
1768
1769         bfqd->rq_in_driver--;
1770 }
1771 #endif
1772
1773 static void bfq_remove_request(struct request_queue *q,
1774                                struct request *rq)
1775 {
1776         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
1777         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
1778         const int sync = rq_is_sync(rq);
1779
1780         if (bfqq->next_rq == rq) {
1781                 bfqq->next_rq = bfq_find_next_rq(bfqd, bfqq, rq);
1782                 bfq_updated_next_req(bfqd, bfqq);
1783         }
1784
1785         if (rq->queuelist.prev != &rq->queuelist)
1786                 list_del_init(&rq->queuelist);
1787         bfqq->queued[sync]--;
1788         bfqd->queued--;
1789         elv_rb_del(&bfqq->sort_list, rq);
1790
1791         elv_rqhash_del(q, rq);
1792         if (q->last_merge == rq)
1793                 q->last_merge = NULL;
1794
1795         if (RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list)) {
1796                 bfqq->next_rq = NULL;
1797
1798                 if (bfq_bfqq_busy(bfqq) && bfqq != bfqd->in_service_queue) {
1799                         bfq_del_bfqq_busy(bfqd, bfqq, false);
1800                         /*
1801                          * bfqq emptied. In normal operation, when
1802                          * bfqq is empty, bfqq->entity.service and
1803                          * bfqq->entity.budget must contain,
1804                          * respectively, the service received and the
1805                          * budget used last time bfqq emptied. These
1806                          * facts do not hold in this case, as at least
1807                          * this last removal occurred while bfqq is
1808                          * not in service. To avoid inconsistencies,
1809                          * reset both bfqq->entity.service and
1810                          * bfqq->entity.budget, if bfqq has still a
1811                          * process that may issue I/O requests to it.
1812                          */
1813                         bfqq->entity.budget = bfqq->entity.service = 0;
1814                 }
1815
1816                 /*
1817                  * Remove queue from request-position tree as it is empty.
1818                  */
1819                 if (bfqq->pos_root) {
1820                         rb_erase(&bfqq->pos_node, bfqq->pos_root);
1821                         bfqq->pos_root = NULL;
1822                 }
1823         } else {
1824                 bfq_pos_tree_add_move(bfqd, bfqq);
1825         }
1826
1827         if (rq->cmd_flags & REQ_META)
1828                 bfqq->meta_pending--;
1829
1830 }
1831
1832 static bool bfq_bio_merge(struct blk_mq_hw_ctx *hctx, struct bio *bio)
1833 {
1834         struct request_queue *q = hctx->queue;
1835         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
1836         struct request *free = NULL;
1837         /*
1838          * bfq_bic_lookup grabs the queue_lock: invoke it now and
1839          * store its return value for later use, to avoid nesting
1840          * queue_lock inside the bfqd->lock. We assume that the bic
1841          * returned by bfq_bic_lookup does not go away before
1842          * bfqd->lock is taken.
1843          */
1844         struct bfq_io_cq *bic = bfq_bic_lookup(bfqd, current->io_context, q);
1845         bool ret;
1846
1847         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
1848
1849         if (bic)
1850                 bfqd->bio_bfqq = bic_to_bfqq(bic, op_is_sync(bio->bi_opf));
1851         else
1852                 bfqd->bio_bfqq = NULL;
1853         bfqd->bio_bic = bic;
1854
1855         ret = blk_mq_sched_try_merge(q, bio, &free);
1856
1857         if (free)
1858                 blk_mq_free_request(free);
1859         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
1860
1861         return ret;
1862 }
1863
1864 static int bfq_request_merge(struct request_queue *q, struct request **req,
1865                              struct bio *bio)
1866 {
1867         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
1868         struct request *__rq;
1869
1870         __rq = bfq_find_rq_fmerge(bfqd, bio, q);
1871         if (__rq && elv_bio_merge_ok(__rq, bio)) {
1872                 *req = __rq;
1873                 return ELEVATOR_FRONT_MERGE;
1874         }
1875
1876         return ELEVATOR_NO_MERGE;
1877 }
1878
1879 static struct bfq_queue *bfq_init_rq(struct request *rq);
1880
1881 static void bfq_request_merged(struct request_queue *q, struct request *req,
1882                                enum elv_merge type)
1883 {
1884         if (type == ELEVATOR_FRONT_MERGE &&
1885             rb_prev(&req->rb_node) &&
1886             blk_rq_pos(req) <
1887             blk_rq_pos(container_of(rb_prev(&req->rb_node),
1888                                     struct request, rb_node))) {
1889                 struct bfq_queue *bfqq = bfq_init_rq(req);
1890                 struct bfq_data *bfqd;
1891                 struct request *prev, *next_rq;
1892
1893                 if (!bfqq)
1894                         return;
1895
1896                 bfqd = bfqq->bfqd;
1897
1898                 /* Reposition request in its sort_list */
1899                 elv_rb_del(&bfqq->sort_list, req);
1900                 elv_rb_add(&bfqq->sort_list, req);
1901
1902                 /* Choose next request to be served for bfqq */
1903                 prev = bfqq->next_rq;
1904                 next_rq = bfq_choose_req(bfqd, bfqq->next_rq, req,
1905                                          bfqd->last_position);
1906                 bfqq->next_rq = next_rq;
1907                 /*
1908                  * If next_rq changes, update both the queue's budget to
1909                  * fit the new request and the queue's position in its
1910                  * rq_pos_tree.
1911                  */
1912                 if (prev != bfqq->next_rq) {
1913                         bfq_updated_next_req(bfqd, bfqq);
1914                         bfq_pos_tree_add_move(bfqd, bfqq);
1915                 }
1916         }
1917 }
1918
1919 /*
1920  * This function is called to notify the scheduler that the requests
1921  * rq and 'next' have been merged, with 'next' going away.  BFQ
1922  * exploits this hook to address the following issue: if 'next' has a
1923  * fifo_time lower that rq, then the fifo_time of rq must be set to
1924  * the value of 'next', to not forget the greater age of 'next'.
1925  *
1926  * NOTE: in this function we assume that rq is in a bfq_queue, basing
1927  * on that rq is picked from the hash table q->elevator->hash, which,
1928  * in its turn, is filled only with I/O requests present in
1929  * bfq_queues, while BFQ is in use for the request queue q. In fact,
1930  * the function that fills this hash table (elv_rqhash_add) is called
1931  * only by bfq_insert_request.
1932  */
1933 static void bfq_requests_merged(struct request_queue *q, struct request *rq,
1934                                 struct request *next)
1935 {
1936         struct bfq_queue *bfqq = bfq_init_rq(rq),
1937                 *next_bfqq = bfq_init_rq(next);
1938
1939         if (!bfqq)
1940                 return;
1941
1942         /*
1943          * If next and rq belong to the same bfq_queue and next is older
1944          * than rq, then reposition rq in the fifo (by substituting next
1945          * with rq). Otherwise, if next and rq belong to different
1946          * bfq_queues, never reposition rq: in fact, we would have to
1947          * reposition it with respect to next's position in its own fifo,
1948          * which would most certainly be too expensive with respect to
1949          * the benefits.
1950          */
1951         if (bfqq == next_bfqq &&
1952             !list_empty(&rq->queuelist) && !list_empty(&next->queuelist) &&
1953             next->fifo_time < rq->fifo_time) {
1954                 list_del_init(&rq->queuelist);
1955                 list_replace_init(&next->queuelist, &rq->queuelist);
1956                 rq->fifo_time = next->fifo_time;
1957         }
1958
1959         if (bfqq->next_rq == next)
1960                 bfqq->next_rq = rq;
1961
1962         bfqg_stats_update_io_merged(bfqq_group(bfqq), next->cmd_flags);
1963 }
1964
1965 /* Must be called with bfqq != NULL */
1966 static void bfq_bfqq_end_wr(struct bfq_queue *bfqq)
1967 {
1968         if (bfq_bfqq_busy(bfqq))
1969                 bfqq->bfqd->wr_busy_queues--;
1970         bfqq->wr_coeff = 1;
1971         bfqq->wr_cur_max_time = 0;
1972         bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
1973         /*
1974          * Trigger a weight change on the next invocation of
1975          * __bfq_entity_update_weight_prio.
1976          */
1977         bfqq->entity.prio_changed = 1;
1978 }
1979
1980 void bfq_end_wr_async_queues(struct bfq_data *bfqd,
1981                              struct bfq_group *bfqg)
1982 {
1983         int i, j;
1984
1985         for (i = 0; i < 2; i++)
1986                 for (j = 0; j < IOPRIO_BE_NR; j++)
1987                         if (bfqg->async_bfqq[i][j])
1988                                 bfq_bfqq_end_wr(bfqg->async_bfqq[i][j]);
1989         if (bfqg->async_idle_bfqq)
1990                 bfq_bfqq_end_wr(bfqg->async_idle_bfqq);
1991 }
1992
1993 static void bfq_end_wr(struct bfq_data *bfqd)
1994 {
1995         struct bfq_queue *bfqq;
1996
1997         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
1998
1999         list_for_each_entry(bfqq, &bfqd->active_list, bfqq_list)
2000                 bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
2001         list_for_each_entry(bfqq, &bfqd->idle_list, bfqq_list)
2002                 bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
2003         bfq_end_wr_async(bfqd);
2004
2005         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
2006 }
2007
2008 static sector_t bfq_io_struct_pos(void *io_struct, bool request)
2009 {
2010         if (request)
2011                 return blk_rq_pos(io_struct);
2012         else
2013                 return ((struct bio *)io_struct)->bi_iter.bi_sector;
2014 }
2015
2016 static int bfq_rq_close_to_sector(void *io_struct, bool request,
2017                                   sector_t sector)
2018 {
2019         return abs(bfq_io_struct_pos(io_struct, request) - sector) <=
2020                BFQQ_CLOSE_THR;
2021 }
2022
2023 static struct bfq_queue *bfqq_find_close(struct bfq_data *bfqd,
2024                                          struct bfq_queue *bfqq,
2025                                          sector_t sector)
2026 {
2027         struct rb_root *root = &bfq_bfqq_to_bfqg(bfqq)->rq_pos_tree;
2028         struct rb_node *parent, *node;
2029         struct bfq_queue *__bfqq;
2030
2031         if (RB_EMPTY_ROOT(root))
2032                 return NULL;
2033
2034         /*
2035          * First, if we find a request starting at the end of the last
2036          * request, choose it.
2037          */
2038         __bfqq = bfq_rq_pos_tree_lookup(bfqd, root, sector, &parent, NULL);
2039         if (__bfqq)
2040                 return __bfqq;
2041
2042         /*
2043          * If the exact sector wasn't found, the parent of the NULL leaf
2044          * will contain the closest sector (rq_pos_tree sorted by
2045          * next_request position).
2046          */
2047         __bfqq = rb_entry(parent, struct bfq_queue, pos_node);
2048         if (bfq_rq_close_to_sector(__bfqq->next_rq, true, sector))
2049                 return __bfqq;
2050
2051         if (blk_rq_pos(__bfqq->next_rq) < sector)
2052                 node = rb_next(&__bfqq->pos_node);
2053         else
2054                 node = rb_prev(&__bfqq->pos_node);
2055         if (!node)
2056                 return NULL;
2057
2058         __bfqq = rb_entry(node, struct bfq_queue, pos_node);
2059         if (bfq_rq_close_to_sector(__bfqq->next_rq, true, sector))
2060                 return __bfqq;
2061
2062         return NULL;
2063 }
2064
2065 static struct bfq_queue *bfq_find_close_cooperator(struct bfq_data *bfqd,
2066                                                    struct bfq_queue *cur_bfqq,
2067                                                    sector_t sector)
2068 {
2069         struct bfq_queue *bfqq;
2070
2071         /*
2072          * We shall notice if some of the queues are cooperating,
2073          * e.g., working closely on the same area of the device. In
2074          * that case, we can group them together and: 1) don't waste
2075          * time idling, and 2) serve the union of their requests in
2076          * the best possible order for throughput.
2077          */
2078         bfqq = bfqq_find_close(bfqd, cur_bfqq, sector);
2079         if (!bfqq || bfqq == cur_bfqq)
2080                 return NULL;
2081
2082         return bfqq;
2083 }
2084
2085 static struct bfq_queue *
2086 bfq_setup_merge(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_queue *new_bfqq)
2087 {
2088         int process_refs, new_process_refs;
2089         struct bfq_queue *__bfqq;
2090
2091         /*
2092          * If there are no process references on the new_bfqq, then it is
2093          * unsafe to follow the ->new_bfqq chain as other bfqq's in the chain
2094          * may have dropped their last reference (not just their last process
2095          * reference).
2096          */
2097         if (!bfqq_process_refs(new_bfqq))
2098                 return NULL;
2099
2100         /* Avoid a circular list and skip interim queue merges. */
2101         while ((__bfqq = new_bfqq->new_bfqq)) {
2102                 if (__bfqq == bfqq)
2103                         return NULL;
2104                 new_bfqq = __bfqq;
2105         }
2106
2107         process_refs = bfqq_process_refs(bfqq);
2108         new_process_refs = bfqq_process_refs(new_bfqq);
2109         /*
2110          * If the process for the bfqq has gone away, there is no
2111          * sense in merging the queues.
2112          */
2113         if (process_refs == 0 || new_process_refs == 0)
2114                 return NULL;
2115
2116         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "scheduling merge with queue %d",
2117                 new_bfqq->pid);
2118
2119         /*
2120          * Merging is just a redirection: the requests of the process
2121          * owning one of the two queues are redirected to the other queue.
2122          * The latter queue, in its turn, is set as shared if this is the
2123          * first time that the requests of some process are redirected to
2124          * it.
2125          *
2126          * We redirect bfqq to new_bfqq and not the opposite, because
2127          * we are in the context of the process owning bfqq, thus we
2128          * have the io_cq of this process. So we can immediately
2129          * configure this io_cq to redirect the requests of the
2130          * process to new_bfqq. In contrast, the io_cq of new_bfqq is
2131          * not available any more (new_bfqq->bic == NULL).
2132          *
2133          * Anyway, even in case new_bfqq coincides with the in-service
2134          * queue, redirecting requests the in-service queue is the
2135          * best option, as we feed the in-service queue with new
2136          * requests close to the last request served and, by doing so,
2137          * are likely to increase the throughput.
2138          */
2139         bfqq->new_bfqq = new_bfqq;
2140         new_bfqq->ref += process_refs;
2141         return new_bfqq;
2142 }
2143
2144 static bool bfq_may_be_close_cooperator(struct bfq_queue *bfqq,
2145                                         struct bfq_queue *new_bfqq)
2146 {
2147         if (bfq_too_late_for_merging(new_bfqq))
2148                 return false;
2149
2150         if (bfq_class_idle(bfqq) || bfq_class_idle(new_bfqq) ||
2151             (bfqq->ioprio_class != new_bfqq->ioprio_class))
2152                 return false;
2153
2154         /*
2155          * If either of the queues has already been detected as seeky,
2156          * then merging it with the other queue is unlikely to lead to
2157          * sequential I/O.
2158          */
2159         if (BFQQ_SEEKY(bfqq) || BFQQ_SEEKY(new_bfqq))
2160                 return false;
2161
2162         /*
2163          * Interleaved I/O is known to be done by (some) applications
2164          * only for reads, so it does not make sense to merge async
2165          * queues.
2166          */
2167         if (!bfq_bfqq_sync(bfqq) || !bfq_bfqq_sync(new_bfqq))
2168                 return false;
2169
2170         return true;
2171 }
2172
2173 /*
2174  * Attempt to schedule a merge of bfqq with the currently in-service
2175  * queue or with a close queue among the scheduled queues.  Return
2176  * NULL if no merge was scheduled, a pointer to the shared bfq_queue
2177  * structure otherwise.
2178  *
2179  * The OOM queue is not allowed to participate to cooperation: in fact, since
2180  * the requests temporarily redirected to the OOM queue could be redirected
2181  * again to dedicated queues at any time, the state needed to correctly
2182  * handle merging with the OOM queue would be quite complex and expensive
2183  * to maintain. Besides, in such a critical condition as an out of memory,
2184  * the benefits of queue merging may be little relevant, or even negligible.
2185  *
2186  * WARNING: queue merging may impair fairness among non-weight raised
2187  * queues, for at least two reasons: 1) the original weight of a
2188  * merged queue may change during the merged state, 2) even being the
2189  * weight the same, a merged queue may be bloated with many more
2190  * requests than the ones produced by its originally-associated
2191  * process.
2192  */
2193 static struct bfq_queue *
2194 bfq_setup_cooperator(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
2195                      void *io_struct, bool request)
2196 {
2197         struct bfq_queue *in_service_bfqq, *new_bfqq;
2198
2199         /*
2200          * Prevent bfqq from being merged if it has been created too
2201          * long ago. The idea is that true cooperating processes, and
2202          * thus their associated bfq_queues, are supposed to be
2203          * created shortly after each other. This is the case, e.g.,
2204          * for KVM/QEMU and dump I/O threads. Basing on this
2205          * assumption, the following filtering greatly reduces the
2206          * probability that two non-cooperating processes, which just
2207          * happen to do close I/O for some short time interval, have
2208          * their queues merged by mistake.
2209          */
2210         if (bfq_too_late_for_merging(bfqq))
2211                 return NULL;
2212
2213         if (bfqq->new_bfqq)
2214                 return bfqq->new_bfqq;
2215
2216         if (!io_struct || unlikely(bfqq == &bfqd->oom_bfqq))
2217                 return NULL;
2218
2219         /* If there is only one backlogged queue, don't search. */
2220         if (bfqd->busy_queues == 1)
2221                 return NULL;
2222
2223         in_service_bfqq = bfqd->in_service_queue;
2224
2225         if (in_service_bfqq && in_service_bfqq != bfqq &&
2226             likely(in_service_bfqq != &bfqd->oom_bfqq) &&
2227             bfq_rq_close_to_sector(io_struct, request,
2228                                    bfqd->in_serv_last_pos) &&
2229             bfqq->entity.parent == in_service_bfqq->entity.parent &&
2230             bfq_may_be_close_cooperator(bfqq, in_service_bfqq)) {
2231                 new_bfqq = bfq_setup_merge(bfqq, in_service_bfqq);
2232                 if (new_bfqq)
2233                         return new_bfqq;
2234         }
2235         /*
2236          * Check whether there is a cooperator among currently scheduled
2237          * queues. The only thing we need is that the bio/request is not
2238          * NULL, as we need it to establish whether a cooperator exists.
2239          */
2240         new_bfqq = bfq_find_close_cooperator(bfqd, bfqq,
2241                         bfq_io_struct_pos(io_struct, request));
2242
2243         if (new_bfqq && likely(new_bfqq != &bfqd->oom_bfqq) &&
2244             bfq_may_be_close_cooperator(bfqq, new_bfqq))
2245                 return bfq_setup_merge(bfqq, new_bfqq);
2246
2247         return NULL;
2248 }
2249
2250 static void bfq_bfqq_save_state(struct bfq_queue *bfqq)
2251 {
2252         struct bfq_io_cq *bic = bfqq->bic;
2253
2254         /*
2255          * If !bfqq->bic, the queue is already shared or its requests
2256          * have already been redirected to a shared queue; both idle window
2257          * and weight raising state have already been saved. Do nothing.
2258          */
2259         if (!bic)
2260                 return;
2261
2262         bic->saved_ttime = bfqq->ttime;
2263         bic->saved_has_short_ttime = bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
2264         bic->saved_IO_bound = bfq_bfqq_IO_bound(bfqq);
2265         bic->saved_in_large_burst = bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq);
2266         bic->was_in_burst_list = !hlist_unhashed(&bfqq->burst_list_node);
2267         if (unlikely(bfq_bfqq_just_created(bfqq) &&
2268                      !bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq) &&
2269                      bfqq->bfqd->low_latency)) {
2270                 /*
2271                  * bfqq being merged right after being created: bfqq
2272                  * would have deserved interactive weight raising, but
2273                  * did not make it to be set in a weight-raised state,
2274                  * because of this early merge. Store directly the
2275                  * weight-raising state that would have been assigned
2276                  * to bfqq, so that to avoid that bfqq unjustly fails
2277                  * to enjoy weight raising if split soon.
2278                  */
2279                 bic->saved_wr_coeff = bfqq->bfqd->bfq_wr_coeff;
2280                 bic->saved_wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqq->bfqd);
2281                 bic->saved_last_wr_start_finish = jiffies;
2282         } else {
2283                 bic->saved_wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
2284                 bic->saved_wr_start_at_switch_to_srt =
2285                         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt;
2286                 bic->saved_last_wr_start_finish = bfqq->last_wr_start_finish;
2287                 bic->saved_wr_cur_max_time = bfqq->wr_cur_max_time;
2288         }
2289 }
2290
2291 static void
2292 bfq_merge_bfqqs(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_io_cq *bic,
2293                 struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_queue *new_bfqq)
2294 {
2295         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "merging with queue %lu",
2296                 (unsigned long)new_bfqq->pid);
2297         /* Save weight raising and idle window of the merged queues */
2298         bfq_bfqq_save_state(bfqq);
2299         bfq_bfqq_save_state(new_bfqq);
2300         if (bfq_bfqq_IO_bound(bfqq))
2301                 bfq_mark_bfqq_IO_bound(new_bfqq);
2302         bfq_clear_bfqq_IO_bound(bfqq);
2303
2304         /*
2305          * If bfqq is weight-raised, then let new_bfqq inherit
2306          * weight-raising. To reduce false positives, neglect the case
2307          * where bfqq has just been created, but has not yet made it
2308          * to be weight-raised (which may happen because EQM may merge
2309          * bfqq even before bfq_add_request is executed for the first
2310          * time for bfqq). Handling this case would however be very
2311          * easy, thanks to the flag just_created.
2312          */
2313         if (new_bfqq->wr_coeff == 1 && bfqq->wr_coeff > 1) {
2314                 new_bfqq->wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
2315                 new_bfqq->wr_cur_max_time = bfqq->wr_cur_max_time;
2316                 new_bfqq->last_wr_start_finish = bfqq->last_wr_start_finish;
2317                 new_bfqq->wr_start_at_switch_to_srt =
2318                         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt;
2319                 if (bfq_bfqq_busy(new_bfqq))
2320                         bfqd->wr_busy_queues++;
2321                 new_bfqq->entity.prio_changed = 1;
2322         }
2323
2324         if (bfqq->wr_coeff > 1) { /* bfqq has given its wr to new_bfqq */
2325                 bfqq->wr_coeff = 1;
2326                 bfqq->entity.prio_changed = 1;
2327                 if (bfq_bfqq_busy(bfqq))
2328                         bfqd->wr_busy_queues--;
2329         }
2330
2331         bfq_log_bfqq(bfqd, new_bfqq, "merge_bfqqs: wr_busy %d",
2332                      bfqd->wr_busy_queues);
2333
2334         /*
2335          * Merge queues (that is, let bic redirect its requests to new_bfqq)
2336          */
2337         bic_set_bfqq(bic, new_bfqq, 1);
2338         bfq_mark_bfqq_coop(new_bfqq);
2339         /*
2340          * new_bfqq now belongs to at least two bics (it is a shared queue):
2341          * set new_bfqq->bic to NULL. bfqq either:
2342          * - does not belong to any bic any more, and hence bfqq->bic must
2343          *   be set to NULL, or
2344          * - is a queue whose owning bics have already been redirected to a
2345          *   different queue, hence the queue is destined to not belong to
2346          *   any bic soon and bfqq->bic is already NULL (therefore the next
2347          *   assignment causes no harm).
2348          */
2349         new_bfqq->bic = NULL;
2350         bfqq->bic = NULL;
2351         /* release process reference to bfqq */
2352         bfq_put_queue(bfqq);
2353 }
2354
2355 static bool bfq_allow_bio_merge(struct request_queue *q, struct request *rq,
2356                                 struct bio *bio)
2357 {
2358         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
2359         bool is_sync = op_is_sync(bio->bi_opf);
2360         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->bio_bfqq, *new_bfqq;
2361
2362         /*
2363          * Disallow merge of a sync bio into an async request.
2364          */
2365         if (is_sync && !rq_is_sync(rq))
2366                 return false;
2367
2368         /*
2369          * Lookup the bfqq that this bio will be queued with. Allow
2370          * merge only if rq is queued there.
2371          */
2372         if (!bfqq)
2373                 return false;
2374
2375         /*
2376          * We take advantage of this function to perform an early merge
2377          * of the queues of possible cooperating processes.
2378          */
2379         new_bfqq = bfq_setup_cooperator(bfqd, bfqq, bio, false);
2380         if (new_bfqq) {
2381                 /*
2382                  * bic still points to bfqq, then it has not yet been
2383                  * redirected to some other bfq_queue, and a queue
2384                  * merge beween bfqq and new_bfqq can be safely
2385                  * fulfillled, i.e., bic can be redirected to new_bfqq
2386                  * and bfqq can be put.
2387                  */
2388                 bfq_merge_bfqqs(bfqd, bfqd->bio_bic, bfqq,
2389                                 new_bfqq);
2390                 /*
2391                  * If we get here, bio will be queued into new_queue,
2392                  * so use new_bfqq to decide whether bio and rq can be
2393                  * merged.
2394                  */
2395                 bfqq = new_bfqq;
2396
2397                 /*
2398                  * Change also bqfd->bio_bfqq, as
2399                  * bfqd->bio_bic now points to new_bfqq, and
2400                  * this function may be invoked again (and then may
2401                  * use again bqfd->bio_bfqq).
2402                  */
2403                 bfqd->bio_bfqq = bfqq;
2404         }
2405
2406         return bfqq == RQ_BFQQ(rq);
2407 }
2408
2409 /*
2410  * Set the maximum time for the in-service queue to consume its
2411  * budget. This prevents seeky processes from lowering the throughput.
2412  * In practice, a time-slice service scheme is used with seeky
2413  * processes.
2414  */
2415 static void bfq_set_budget_timeout(struct bfq_data *bfqd,
2416                                    struct bfq_queue *bfqq)
2417 {
2418         unsigned int timeout_coeff;
2419
2420         if (bfqq->wr_cur_max_time == bfqd->bfq_wr_rt_max_time)
2421                 timeout_coeff = 1;
2422         else
2423                 timeout_coeff = bfqq->entity.weight / bfqq->entity.orig_weight;
2424
2425         bfqd->last_budget_start = ktime_get();
2426
2427         bfqq->budget_timeout = jiffies +
2428                 bfqd->bfq_timeout * timeout_coeff;
2429 }
2430
2431 static void __bfq_set_in_service_queue(struct bfq_data *bfqd,
2432                                        struct bfq_queue *bfqq)
2433 {
2434         if (bfqq) {
2435                 bfq_clear_bfqq_fifo_expire(bfqq);
2436
2437                 bfqd->budgets_assigned = (bfqd->budgets_assigned * 7 + 256) / 8;
2438
2439                 if (time_is_before_jiffies(bfqq->last_wr_start_finish) &&
2440                     bfqq->wr_coeff > 1 &&
2441                     bfqq->wr_cur_max_time == bfqd->bfq_wr_rt_max_time &&
2442                     time_is_before_jiffies(bfqq->budget_timeout)) {
2443                         /*
2444                          * For soft real-time queues, move the start
2445                          * of the weight-raising period forward by the
2446                          * time the queue has not received any
2447                          * service. Otherwise, a relatively long
2448                          * service delay is likely to cause the
2449                          * weight-raising period of the queue to end,
2450                          * because of the short duration of the
2451                          * weight-raising period of a soft real-time
2452                          * queue.  It is worth noting that this move
2453                          * is not so dangerous for the other queues,
2454                          * because soft real-time queues are not
2455                          * greedy.
2456                          *
2457                          * To not add a further variable, we use the
2458                          * overloaded field budget_timeout to
2459                          * determine for how long the queue has not
2460                          * received service, i.e., how much time has
2461                          * elapsed since the queue expired. However,
2462                          * this is a little imprecise, because
2463                          * budget_timeout is set to jiffies if bfqq
2464                          * not only expires, but also remains with no
2465                          * request.
2466                          */
2467                         if (time_after(bfqq->budget_timeout,
2468                                        bfqq->last_wr_start_finish))
2469                                 bfqq->last_wr_start_finish +=
2470                                         jiffies - bfqq->budget_timeout;
2471                         else
2472                                 bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
2473                 }
2474
2475                 bfq_set_budget_timeout(bfqd, bfqq);
2476                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq,
2477                              "set_in_service_queue, cur-budget = %d",
2478                              bfqq->entity.budget);
2479         }
2480
2481         bfqd->in_service_queue = bfqq;
2482         bfqd->in_serv_last_pos = 0;
2483 }
2484
2485 /*
2486  * Get and set a new queue for service.
2487  */
2488 static struct bfq_queue *bfq_set_in_service_queue(struct bfq_data *bfqd)
2489 {
2490         struct bfq_queue *bfqq = bfq_get_next_queue(bfqd);
2491
2492         __bfq_set_in_service_queue(bfqd, bfqq);
2493         return bfqq;
2494 }
2495
2496 static void bfq_arm_slice_timer(struct bfq_data *bfqd)
2497 {
2498         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->in_service_queue;
2499         u32 sl;
2500
2501         bfq_mark_bfqq_wait_request(bfqq);
2502
2503         /*
2504          * We don't want to idle for seeks, but we do want to allow
2505          * fair distribution of slice time for a process doing back-to-back
2506          * seeks. So allow a little bit of time for him to submit a new rq.
2507          */
2508         sl = bfqd->bfq_slice_idle;
2509         /*
2510          * Unless the queue is being weight-raised or the scenario is
2511          * asymmetric, grant only minimum idle time if the queue
2512          * is seeky. A long idling is preserved for a weight-raised
2513          * queue, or, more in general, in an asymmetric scenario,
2514          * because a long idling is needed for guaranteeing to a queue
2515          * its reserved share of the throughput (in particular, it is
2516          * needed if the queue has a higher weight than some other
2517          * queue).
2518          */
2519         if (BFQQ_SEEKY(bfqq) && bfqq->wr_coeff == 1 &&
2520             bfq_symmetric_scenario(bfqd))
2521                 sl = min_t(u64, sl, BFQ_MIN_TT);
2522         else if (bfqq->wr_coeff > 1)
2523                 sl = max_t(u32, sl, 20ULL * NSEC_PER_MSEC);
2524
2525         bfqd->last_idling_start = ktime_get();
2526         hrtimer_start(&bfqd->idle_slice_timer, ns_to_ktime(sl),
2527                       HRTIMER_MODE_REL);
2528         bfqg_stats_set_start_idle_time(bfqq_group(bfqq));
2529 }
2530
2531 /*
2532  * In autotuning mode, max_budget is dynamically recomputed as the
2533  * amount of sectors transferred in timeout at the estimated peak
2534  * rate. This enables BFQ to utilize a full timeslice with a full
2535  * budget, even if the in-service queue is served at peak rate. And
2536  * this maximises throughput with sequential workloads.
2537  */
2538 static unsigned long bfq_calc_max_budget(struct bfq_data *bfqd)
2539 {
2540         return (u64)bfqd->peak_rate * USEC_PER_MSEC *
2541                 jiffies_to_msecs(bfqd->bfq_timeout)>>BFQ_RATE_SHIFT;
2542 }
2543
2544 /*
2545  * Update parameters related to throughput and responsiveness, as a
2546  * function of the estimated peak rate. See comments on
2547  * bfq_calc_max_budget(), and on the ref_wr_duration array.
2548  */
2549 static void update_thr_responsiveness_params(struct bfq_data *bfqd)
2550 {
2551         if (bfqd->bfq_user_max_budget == 0) {
2552                 bfqd->bfq_max_budget =
2553                         bfq_calc_max_budget(bfqd);
2554                 bfq_log(bfqd, "new max_budget = %d", bfqd->bfq_max_budget);
2555         }
2556 }
2557
2558 static void bfq_reset_rate_computation(struct bfq_data *bfqd,
2559                                        struct request *rq)
2560 {
2561         if (rq != NULL) { /* new rq dispatch now, reset accordingly */
2562                 bfqd->last_dispatch = bfqd->first_dispatch = ktime_get_ns();
2563                 bfqd->peak_rate_samples = 1;
2564                 bfqd->sequential_samples = 0;
2565                 bfqd->tot_sectors_dispatched = bfqd->last_rq_max_size =
2566                         blk_rq_sectors(rq);
2567         } else /* no new rq dispatched, just reset the number of samples */
2568                 bfqd->peak_rate_samples = 0; /* full re-init on next disp. */
2569
2570         bfq_log(bfqd,
2571                 "reset_rate_computation at end, sample %u/%u tot_sects %llu",
2572                 bfqd->peak_rate_samples, bfqd->sequential_samples,
2573                 bfqd->tot_sectors_dispatched);
2574 }
2575
2576 static void bfq_update_rate_reset(struct bfq_data *bfqd, struct request *rq)
2577 {
2578         u32 rate, weight, divisor;
2579
2580         /*
2581          * For the convergence property to hold (see comments on
2582          * bfq_update_peak_rate()) and for the assessment to be
2583          * reliable, a minimum number of samples must be present, and
2584          * a minimum amount of time must have elapsed. If not so, do
2585          * not compute new rate. Just reset parameters, to get ready
2586          * for a new evaluation attempt.
2587          */
2588         if (bfqd->peak_rate_samples < BFQ_RATE_MIN_SAMPLES ||
2589             bfqd->delta_from_first < BFQ_RATE_MIN_INTERVAL)
2590                 goto reset_computation;
2591
2592         /*
2593          * If a new request completion has occurred after last
2594          * dispatch, then, to approximate the rate at which requests
2595          * have been served by the device, it is more precise to
2596          * extend the observation interval to the last completion.
2597          */
2598         bfqd->delta_from_first =
2599                 max_t(u64, bfqd->delta_from_first,
2600                       bfqd->last_completion - bfqd->first_dispatch);
2601
2602         /*
2603          * Rate computed in sects/usec, and not sects/nsec, for
2604          * precision issues.
2605          */
2606         rate = div64_ul(bfqd->tot_sectors_dispatched<<BFQ_RATE_SHIFT,
2607                         div_u64(bfqd->delta_from_first, NSEC_PER_USEC));
2608
2609         /*
2610          * Peak rate not updated if:
2611          * - the percentage of sequential dispatches is below 3/4 of the
2612          *   total, and rate is below the current estimated peak rate
2613          * - rate is unreasonably high (> 20M sectors/sec)
2614          */
2615         if ((bfqd->sequential_samples < (3 * bfqd->peak_rate_samples)>>2 &&
2616              rate <= bfqd->peak_rate) ||
2617                 rate > 20<<BFQ_RATE_SHIFT)
2618                 goto reset_computation;
2619
2620         /*
2621          * We have to update the peak rate, at last! To this purpose,
2622          * we use a low-pass filter. We compute the smoothing constant
2623          * of the filter as a function of the 'weight' of the new
2624          * measured rate.
2625          *
2626          * As can be seen in next formulas, we define this weight as a
2627          * quantity proportional to how sequential the workload is,
2628          * and to how long the observation time interval is.
2629          *
2630          * The weight runs from 0 to 8. The maximum value of the
2631          * weight, 8, yields the minimum value for the smoothing
2632          * constant. At this minimum value for the smoothing constant,
2633          * the measured rate contributes for half of the next value of
2634          * the estimated peak rate.
2635          *
2636          * So, the first step is to compute the weight as a function
2637          * of how sequential the workload is. Note that the weight
2638          * cannot reach 9, because bfqd->sequential_samples cannot
2639          * become equal to bfqd->peak_rate_samples, which, in its
2640          * turn, holds true because bfqd->sequential_samples is not
2641          * incremented for the first sample.
2642          */
2643         weight = (9 * bfqd->sequential_samples) / bfqd->peak_rate_samples;
2644
2645         /*
2646          * Second step: further refine the weight as a function of the
2647          * duration of the observation interval.
2648          */
2649         weight = min_t(u32, 8,
2650                        div_u64(weight * bfqd->delta_from_first,
2651                                BFQ_RATE_REF_INTERVAL));
2652
2653         /*
2654          * Divisor ranging from 10, for minimum weight, to 2, for
2655          * maximum weight.
2656          */
2657         divisor = 10 - weight;
2658
2659         /*
2660          * Finally, update peak rate:
2661          *
2662          * peak_rate = peak_rate * (divisor-1) / divisor  +  rate / divisor
2663          */
2664         bfqd->peak_rate *= divisor-1;
2665         bfqd->peak_rate /= divisor;
2666         rate /= divisor; /* smoothing constant alpha = 1/divisor */
2667
2668         bfqd->peak_rate += rate;
2669
2670         /*
2671          * For a very slow device, bfqd->peak_rate can reach 0 (see
2672          * the minimum representable values reported in the comments
2673          * on BFQ_RATE_SHIFT). Push to 1 if this happens, to avoid
2674          * divisions by zero where bfqd->peak_rate is used as a
2675          * divisor.
2676          */
2677         bfqd->peak_rate = max_t(u32, 1, bfqd->peak_rate);
2678
2679         update_thr_responsiveness_params(bfqd);
2680
2681 reset_computation:
2682         bfq_reset_rate_computation(bfqd, rq);
2683 }
2684
2685 /*
2686  * Update the read/write peak rate (the main quantity used for
2687  * auto-tuning, see update_thr_responsiveness_params()).
2688  *
2689  * It is not trivial to estimate the peak rate (correctly): because of
2690  * the presence of sw and hw queues between the scheduler and the
2691  * device components that finally serve I/O requests, it is hard to
2692  * say exactly when a given dispatched request is served inside the
2693  * device, and for how long. As a consequence, it is hard to know
2694  * precisely at what rate a given set of requests is actually served
2695  * by the device.
2696  *
2697  * On the opposite end, the dispatch time of any request is trivially
2698  * available, and, from this piece of information, the "dispatch rate"
2699  * of requests can be immediately computed. So, the idea in the next
2700  * function is to use what is known, namely request dispatch times
2701  * (plus, when useful, request completion times), to estimate what is
2702  * unknown, namely in-device request service rate.
2703  *
2704  * The main issue is that, because of the above facts, the rate at
2705  * which a certain set of requests is dispatched over a certain time
2706  * interval can vary greatly with respect to the rate at which the
2707  * same requests are then served. But, since the size of any
2708  * intermediate queue is limited, and the service scheme is lossless
2709  * (no request is silently dropped), the following obvious convergence
2710  * property holds: the number of requests dispatched MUST become
2711  * closer and closer to the number of requests completed as the
2712  * observation interval grows. This is the key property used in
2713  * the next function to estimate the peak service rate as a function
2714  * of the observed dispatch rate. The function assumes to be invoked
2715  * on every request dispatch.
2716  */
2717 static void bfq_update_peak_rate(struct bfq_data *bfqd, struct request *rq)
2718 {
2719         u64 now_ns = ktime_get_ns();
2720
2721         if (bfqd->peak_rate_samples == 0) { /* first dispatch */
2722                 bfq_log(bfqd, "update_peak_rate: goto reset, samples %d",
2723                         bfqd->peak_rate_samples);
2724                 bfq_reset_rate_computation(bfqd, rq);
2725                 goto update_last_values; /* will add one sample */
2726         }
2727
2728         /*
2729          * Device idle for very long: the observation interval lasting
2730          * up to this dispatch cannot be a valid observation interval
2731          * for computing a new peak rate (similarly to the late-
2732          * completion event in bfq_completed_request()). Go to
2733          * update_rate_and_reset to have the following three steps
2734          * taken:
2735          * - close the observation interval at the last (previous)
2736          *   request dispatch or completion
2737          * - compute rate, if possible, for that observation interval
2738          * - start a new observation interval with this dispatch
2739          */
2740         if (now_ns - bfqd->last_dispatch > 100*NSEC_PER_MSEC &&
2741             bfqd->rq_in_driver == 0)
2742                 goto update_rate_and_reset;
2743
2744         /* Update sampling information */
2745         bfqd->peak_rate_samples++;
2746
2747         if ((bfqd->rq_in_driver > 0 ||
2748                 now_ns - bfqd->last_completion < BFQ_MIN_TT)
2749              && get_sdist(bfqd->last_position, rq) < BFQQ_SEEK_THR)
2750                 bfqd->sequential_samples++;
2751
2752         bfqd->tot_sectors_dispatched += blk_rq_sectors(rq);
2753
2754         /* Reset max observed rq size every 32 dispatches */
2755         if (likely(bfqd->peak_rate_samples % 32))
2756                 bfqd->last_rq_max_size =
2757                         max_t(u32, blk_rq_sectors(rq), bfqd->last_rq_max_size);
2758         else
2759                 bfqd->last_rq_max_size = blk_rq_sectors(rq);
2760
2761         bfqd->delta_from_first = now_ns - bfqd->first_dispatch;
2762
2763         /* Target observation interval not yet reached, go on sampling */
2764         if (bfqd->delta_from_first < BFQ_RATE_REF_INTERVAL)
2765                 goto update_last_values;
2766
2767 update_rate_and_reset:
2768         bfq_update_rate_reset(bfqd, rq);
2769 update_last_values:
2770         bfqd->last_position = blk_rq_pos(rq) + blk_rq_sectors(rq);
2771         if (RQ_BFQQ(rq) == bfqd->in_service_queue)
2772                 bfqd->in_serv_last_pos = bfqd->last_position;
2773         bfqd->last_dispatch = now_ns;
2774 }
2775
2776 /*
2777  * Remove request from internal lists.
2778  */
2779 static void bfq_dispatch_remove(struct request_queue *q, struct request *rq)
2780 {
2781         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
2782
2783         /*
2784          * For consistency, the next instruction should have been
2785          * executed after removing the request from the queue and
2786          * dispatching it.  We execute instead this instruction before
2787          * bfq_remove_request() (and hence introduce a temporary
2788          * inconsistency), for efficiency.  In fact, should this
2789          * dispatch occur for a non in-service bfqq, this anticipated
2790          * increment prevents two counters related to bfqq->dispatched
2791          * from risking to be, first, uselessly decremented, and then
2792          * incremented again when the (new) value of bfqq->dispatched
2793          * happens to be taken into account.
2794          */
2795         bfqq->dispatched++;
2796         bfq_update_peak_rate(q->elevator->elevator_data, rq);
2797
2798         bfq_remove_request(q, rq);
2799 }
2800
2801 static void __bfq_bfqq_expire(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
2802 {
2803         /*
2804          * If this bfqq is shared between multiple processes, check
2805          * to make sure that those processes are still issuing I/Os
2806          * within the mean seek distance. If not, it may be time to
2807          * break the queues apart again.
2808          */
2809         if (bfq_bfqq_coop(bfqq) && BFQQ_SEEKY(bfqq))
2810                 bfq_mark_bfqq_split_coop(bfqq);
2811
2812         if (RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list)) {
2813                 if (bfqq->dispatched == 0)
2814                         /*
2815                          * Overloading budget_timeout field to store
2816                          * the time at which the queue remains with no
2817                          * backlog and no outstanding request; used by
2818                          * the weight-raising mechanism.
2819                          */
2820                         bfqq->budget_timeout = jiffies;
2821
2822                 bfq_del_bfqq_busy(bfqd, bfqq, true);
2823         } else {
2824                 bfq_requeue_bfqq(bfqd, bfqq, true);
2825                 /*
2826                  * Resort priority tree of potential close cooperators.
2827                  */
2828                 bfq_pos_tree_add_move(bfqd, bfqq);
2829         }
2830
2831         /*
2832          * All in-service entities must have been properly deactivated
2833          * or requeued before executing the next function, which
2834          * resets all in-service entites as no more in service.
2835          */
2836         __bfq_bfqd_reset_in_service(bfqd);
2837 }
2838
2839 /**
2840  * __bfq_bfqq_recalc_budget - try to adapt the budget to the @bfqq behavior.
2841  * @bfqd: device data.
2842  * @bfqq: queue to update.
2843  * @reason: reason for expiration.
2844  *
2845  * Handle the feedback on @bfqq budget at queue expiration.
2846  * See the body for detailed comments.
2847  */
2848 static void __bfq_bfqq_recalc_budget(struct bfq_data *bfqd,
2849                                      struct bfq_queue *bfqq,
2850                                      enum bfqq_expiration reason)
2851 {
2852         struct request *next_rq;
2853         int budget, min_budget;
2854
2855         min_budget = bfq_min_budget(bfqd);
2856
2857         if (bfqq->wr_coeff == 1)
2858                 budget = bfqq->max_budget;
2859         else /*
2860               * Use a constant, low budget for weight-raised queues,
2861               * to help achieve a low latency. Keep it slightly higher
2862               * than the minimum possible budget, to cause a little
2863               * bit fewer expirations.
2864               */
2865                 budget = 2 * min_budget;
2866
2867         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "recalc_budg: last budg %d, budg left %d",
2868                 bfqq->entity.budget, bfq_bfqq_budget_left(bfqq));
2869         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "recalc_budg: last max_budg %d, min budg %d",
2870                 budget, bfq_min_budget(bfqd));
2871         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "recalc_budg: sync %d, seeky %d",
2872                 bfq_bfqq_sync(bfqq), BFQQ_SEEKY(bfqd->in_service_queue));
2873
2874         if (bfq_bfqq_sync(bfqq) && bfqq->wr_coeff == 1) {
2875                 switch (reason) {
2876                 /*
2877                  * Caveat: in all the following cases we trade latency
2878                  * for throughput.
2879                  */
2880                 case BFQQE_TOO_IDLE:
2881                         /*
2882                          * This is the only case where we may reduce
2883                          * the budget: if there is no request of the
2884                          * process still waiting for completion, then
2885                          * we assume (tentatively) that the timer has
2886                          * expired because the batch of requests of
2887                          * the process could have been served with a
2888                          * smaller budget.  Hence, betting that
2889                          * process will behave in the same way when it
2890                          * becomes backlogged again, we reduce its
2891                          * next budget.  As long as we guess right,
2892                          * this budget cut reduces the latency
2893                          * experienced by the process.
2894                          *
2895                          * However, if there are still outstanding
2896                          * requests, then the process may have not yet
2897                          * issued its next request just because it is
2898                          * still waiting for the completion of some of
2899                          * the still outstanding ones.  So in this
2900                          * subcase we do not reduce its budget, on the
2901                          * contrary we increase it to possibly boost
2902                          * the throughput, as discussed in the
2903                          * comments to the BUDGET_TIMEOUT case.
2904                          */
2905                         if (bfqq->dispatched > 0) /* still outstanding reqs */
2906                                 budget = min(budget * 2, bfqd->bfq_max_budget);
2907                         else {
2908                                 if (budget > 5 * min_budget)
2909                                         budget -= 4 * min_budget;
2910                                 else
2911                                         budget = min_budget;
2912                         }
2913                         break;
2914                 case BFQQE_BUDGET_TIMEOUT:
2915                         /*
2916                          * We double the budget here because it gives
2917                          * the chance to boost the throughput if this
2918                          * is not a seeky process (and has bumped into
2919                          * this timeout because of, e.g., ZBR).
2920                          */
2921                         budget = min(budget * 2, bfqd->bfq_max_budget);
2922                         break;
2923                 case BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED:
2924                         /*
2925                          * The process still has backlog, and did not
2926                          * let either the budget timeout or the disk
2927                          * idling timeout expire. Hence it is not
2928                          * seeky, has a short thinktime and may be
2929                          * happy with a higher budget too. So
2930                          * definitely increase the budget of this good
2931                          * candidate to boost the disk throughput.
2932                          */
2933                         budget = min(budget * 4, bfqd->bfq_max_budget);
2934                         break;
2935                 case BFQQE_NO_MORE_REQUESTS:
2936                         /*
2937                          * For queues that expire for this reason, it
2938                          * is particularly important to keep the
2939                          * budget close to the actual service they
2940                          * need. Doing so reduces the timestamp
2941                          * misalignment problem described in the
2942                          * comments in the body of
2943                          * __bfq_activate_entity. In fact, suppose
2944                          * that a queue systematically expires for
2945                          * BFQQE_NO_MORE_REQUESTS and presents a
2946                          * new request in time to enjoy timestamp
2947                          * back-shifting. The larger the budget of the
2948                          * queue is with respect to the service the
2949                          * queue actually requests in each service
2950                          * slot, the more times the queue can be
2951                          * reactivated with the same virtual finish
2952                          * time. It follows that, even if this finish
2953                          * time is pushed to the system virtual time
2954                          * to reduce the consequent timestamp
2955                          * misalignment, the queue unjustly enjoys for
2956                          * many re-activations a lower finish time
2957                          * than all newly activated queues.
2958                          *
2959                          * The service needed by bfqq is measured
2960                          * quite precisely by bfqq->entity.service.
2961                          * Since bfqq does not enjoy device idling,
2962                          * bfqq->entity.service is equal to the number
2963                          * of sectors that the process associated with
2964                          * bfqq requested to read/write before waiting
2965                          * for request completions, or blocking for
2966                          * other reasons.
2967                          */
2968                         budget = max_t(int, bfqq->entity.service, min_budget);
2969                         break;
2970                 default:
2971                         return;
2972                 }
2973         } else if (!bfq_bfqq_sync(bfqq)) {
2974                 /*
2975                  * Async queues get always the maximum possible
2976                  * budget, as for them we do not care about latency
2977                  * (in addition, their ability to dispatch is limited
2978                  * by the charging factor).
2979                  */
2980                 budget = bfqd->bfq_max_budget;
2981         }
2982
2983         bfqq->max_budget = budget;
2984
2985         if (bfqd->budgets_assigned >= bfq_stats_min_budgets &&
2986             !bfqd->bfq_user_max_budget)
2987                 bfqq->max_budget = min(bfqq->max_budget, bfqd->bfq_max_budget);
2988
2989         /*
2990          * If there is still backlog, then assign a new budget, making
2991          * sure that it is large enough for the next request.  Since
2992          * the finish time of bfqq must be kept in sync with the
2993          * budget, be sure to call __bfq_bfqq_expire() *after* this
2994          * update.
2995          *
2996          * If there is no backlog, then no need to update the budget;
2997          * it will be updated on the arrival of a new request.
2998          */
2999         next_rq = bfqq->next_rq;
3000         if (next_rq)
3001                 bfqq->entity.budget = max_t(unsigned long, bfqq->max_budget,
3002                                             bfq_serv_to_charge(next_rq, bfqq));
3003
3004         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "head sect: %u, new budget %d",
3005                         next_rq ? blk_rq_sectors(next_rq) : 0,
3006                         bfqq->entity.budget);
3007 }
3008
3009 /*
3010  * Return true if the process associated with bfqq is "slow". The slow
3011  * flag is used, in addition to the budget timeout, to reduce the
3012  * amount of service provided to seeky processes, and thus reduce
3013  * their chances to lower the throughput. More details in the comments
3014  * on the function bfq_bfqq_expire().
3015  *
3016  * An important observation is in order: as discussed in the comments
3017  * on the function bfq_update_peak_rate(), with devices with internal
3018  * queues, it is hard if ever possible to know when and for how long
3019  * an I/O request is processed by the device (apart from the trivial
3020  * I/O pattern where a new request is dispatched only after the
3021  * previous one has been completed). This makes it hard to evaluate
3022  * the real rate at which the I/O requests of each bfq_queue are
3023  * served.  In fact, for an I/O scheduler like BFQ, serving a
3024  * bfq_queue means just dispatching its requests during its service
3025  * slot (i.e., until the budget of the queue is exhausted, or the
3026  * queue remains idle, or, finally, a timeout fires). But, during the
3027  * service slot of a bfq_queue, around 100 ms at most, the device may
3028  * be even still processing requests of bfq_queues served in previous
3029  * service slots. On the opposite end, the requests of the in-service
3030  * bfq_queue may be completed after the service slot of the queue
3031  * finishes.
3032  *
3033  * Anyway, unless more sophisticated solutions are used
3034  * (where possible), the sum of the sizes of the requests dispatched
3035  * during the service slot of a bfq_queue is probably the only
3036  * approximation available for the service received by the bfq_queue
3037  * during its service slot. And this sum is the quantity used in this
3038  * function to evaluate the I/O speed of a process.
3039  */
3040 static bool bfq_bfqq_is_slow(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
3041                                  bool compensate, enum bfqq_expiration reason,
3042                                  unsigned long *delta_ms)
3043 {
3044         ktime_t delta_ktime;
3045         u32 delta_usecs;
3046         bool slow = BFQQ_SEEKY(bfqq); /* if delta too short, use seekyness */
3047
3048         if (!bfq_bfqq_sync(bfqq))
3049                 return false;
3050
3051         if (compensate)
3052                 delta_ktime = bfqd->last_idling_start;
3053         else
3054                 delta_ktime = ktime_get();
3055         delta_ktime = ktime_sub(delta_ktime, bfqd->last_budget_start);
3056         delta_usecs = ktime_to_us(delta_ktime);
3057
3058         /* don't use too short time intervals */
3059         if (delta_usecs < 1000) {
3060                 if (blk_queue_nonrot(bfqd->queue))
3061                          /*
3062                           * give same worst-case guarantees as idling
3063                           * for seeky
3064                           */
3065                         *delta_ms = BFQ_MIN_TT / NSEC_PER_MSEC;
3066                 else /* charge at least one seek */
3067                         *delta_ms = bfq_slice_idle / NSEC_PER_MSEC;
3068
3069                 return slow;
3070         }
3071
3072         *delta_ms = delta_usecs / USEC_PER_MSEC;
3073
3074         /*
3075          * Use only long (> 20ms) intervals to filter out excessive
3076          * spikes in service rate estimation.
3077          */
3078         if (delta_usecs > 20000) {
3079                 /*
3080                  * Caveat for rotational devices: processes doing I/O
3081                  * in the slower disk zones tend to be slow(er) even
3082                  * if not seeky. In this respect, the estimated peak
3083                  * rate is likely to be an average over the disk
3084                  * surface. Accordingly, to not be too harsh with
3085                  * unlucky processes, a process is deemed slow only if
3086                  * its rate has been lower than half of the estimated
3087                  * peak rate.
3088                  */
3089                 slow = bfqq->entity.service < bfqd->bfq_max_budget / 2;
3090         }
3091
3092         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "bfq_bfqq_is_slow: slow %d", slow);
3093
3094         return slow;
3095 }
3096
3097 /*
3098  * To be deemed as soft real-time, an application must meet two
3099  * requirements. First, the application must not require an average
3100  * bandwidth higher than the approximate bandwidth required to playback or
3101  * record a compressed high-definition video.
3102  * The next function is invoked on the completion of the last request of a
3103  * batch, to compute the next-start time instant, soft_rt_next_start, such
3104  * that, if the next request of the application does not arrive before
3105  * soft_rt_next_start, then the above requirement on the bandwidth is met.
3106  *
3107  * The second requirement is that the request pattern of the application is
3108  * isochronous, i.e., that, after issuing a request or a batch of requests,
3109  * the application stops issuing new requests until all its pending requests
3110  * have been completed. After that, the application may issue a new batch,
3111  * and so on.
3112  * For this reason the next function is invoked to compute
3113  * soft_rt_next_start only for applications that meet this requirement,
3114  * whereas soft_rt_next_start is set to infinity for applications that do
3115  * not.
3116  *
3117  * Unfortunately, even a greedy (i.e., I/O-bound) application may
3118  * happen to meet, occasionally or systematically, both the above
3119  * bandwidth and isochrony requirements. This may happen at least in
3120  * the following circumstances. First, if the CPU load is high. The
3121  * application may stop issuing requests while the CPUs are busy
3122  * serving other processes, then restart, then stop again for a while,
3123  * and so on. The other circumstances are related to the storage
3124  * device: the storage device is highly loaded or reaches a low-enough
3125  * throughput with the I/O of the application (e.g., because the I/O
3126  * is random and/or the device is slow). In all these cases, the
3127  * I/O of the application may be simply slowed down enough to meet
3128  * the bandwidth and isochrony requirements. To reduce the probability
3129  * that greedy applications are deemed as soft real-time in these
3130  * corner cases, a further rule is used in the computation of
3131  * soft_rt_next_start: the return value of this function is forced to
3132  * be higher than the maximum between the following two quantities.
3133  *
3134  * (a) Current time plus: (1) the maximum time for which the arrival
3135  *     of a request is waited for when a sync queue becomes idle,
3136  *     namely bfqd->bfq_slice_idle, and (2) a few extra jiffies. We
3137  *     postpone for a moment the reason for adding a few extra
3138  *     jiffies; we get back to it after next item (b).  Lower-bounding
3139  *     the return value of this function with the current time plus
3140  *     bfqd->bfq_slice_idle tends to filter out greedy applications,
3141  *     because the latter issue their next request as soon as possible
3142  *     after the last one has been completed. In contrast, a soft
3143  *     real-time application spends some time processing data, after a
3144  *     batch of its requests has been completed.
3145  *
3146  * (b) Current value of bfqq->soft_rt_next_start. As pointed out
3147  *     above, greedy applications may happen to meet both the
3148  *     bandwidth and isochrony requirements under heavy CPU or
3149  *     storage-device load. In more detail, in these scenarios, these
3150  *     applications happen, only for limited time periods, to do I/O
3151  *     slowly enough to meet all the requirements described so far,
3152  *     including the filtering in above item (a). These slow-speed
3153  *     time intervals are usually interspersed between other time
3154  *     intervals during which these applications do I/O at a very high
3155  *     speed. Fortunately, exactly because of the high speed of the
3156  *     I/O in the high-speed intervals, the values returned by this
3157  *     function happen to be so high, near the end of any such
3158  *     high-speed interval, to be likely to fall *after* the end of
3159  *     the low-speed time interval that follows. These high values are
3160  *     stored in bfqq->soft_rt_next_start after each invocation of
3161  *     this function. As a consequence, if the last value of
3162  *     bfqq->soft_rt_next_start is constantly used to lower-bound the
3163  *     next value that this function may return, then, from the very
3164  *     beginning of a low-speed interval, bfqq->soft_rt_next_start is
3165  *     likely to be constantly kept so high that any I/O request
3166  *     issued during the low-speed interval is considered as arriving
3167  *     to soon for the application to be deemed as soft
3168  *     real-time. Then, in the high-speed interval that follows, the
3169  *     application will not be deemed as soft real-time, just because
3170  *     it will do I/O at a high speed. And so on.
3171  *
3172  * Getting back to the filtering in item (a), in the following two
3173  * cases this filtering might be easily passed by a greedy
3174  * application, if the reference quantity was just
3175  * bfqd->bfq_slice_idle:
3176  * 1) HZ is so low that the duration of a jiffy is comparable to or
3177  *    higher than bfqd->bfq_slice_idle. This happens, e.g., on slow
3178  *    devices with HZ=100. The time granularity may be so coarse
3179  *    that the approximation, in jiffies, of bfqd->bfq_slice_idle
3180  *    is rather lower than the exact value.
3181  * 2) jiffies, instead of increasing at a constant rate, may stop increasing
3182  *    for a while, then suddenly 'jump' by several units to recover the lost
3183  *    increments. This seems to happen, e.g., inside virtual machines.
3184  * To address this issue, in the filtering in (a) we do not use as a
3185  * reference time interval just bfqd->bfq_slice_idle, but
3186  * bfqd->bfq_slice_idle plus a few jiffies. In particular, we add the
3187  * minimum number of jiffies for which the filter seems to be quite
3188  * precise also in embedded systems and KVM/QEMU virtual machines.
3189  */
3190 static unsigned long bfq_bfqq_softrt_next_start(struct bfq_data *bfqd,
3191                                                 struct bfq_queue *bfqq)
3192 {
3193         return max3(bfqq->soft_rt_next_start,
3194                     bfqq->last_idle_bklogged +
3195                     HZ * bfqq->service_from_backlogged /
3196                     bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate,
3197                     jiffies + nsecs_to_jiffies(bfqq->bfqd->bfq_slice_idle) + 4);
3198 }
3199
3200 static bool bfq_bfqq_injectable(struct bfq_queue *bfqq)
3201 {
3202         return BFQQ_SEEKY(bfqq) && bfqq->wr_coeff == 1 &&
3203                 blk_queue_nonrot(bfqq->bfqd->queue) &&
3204                 bfqq->bfqd->hw_tag;
3205 }
3206
3207 /**
3208  * bfq_bfqq_expire - expire a queue.
3209  * @bfqd: device owning the queue.
3210  * @bfqq: the queue to expire.
3211  * @compensate: if true, compensate for the time spent idling.
3212  * @reason: the reason causing the expiration.
3213  *
3214  * If the process associated with bfqq does slow I/O (e.g., because it
3215  * issues random requests), we charge bfqq with the time it has been
3216  * in service instead of the service it has received (see
3217  * bfq_bfqq_charge_time for details on how this goal is achieved). As
3218  * a consequence, bfqq will typically get higher timestamps upon
3219  * reactivation, and hence it will be rescheduled as if it had
3220  * received more service than what it has actually received. In the
3221  * end, bfqq receives less service in proportion to how slowly its
3222  * associated process consumes its budgets (and hence how seriously it
3223  * tends to lower the throughput). In addition, this time-charging
3224  * strategy guarantees time fairness among slow processes. In
3225  * contrast, if the process associated with bfqq is not slow, we
3226  * charge bfqq exactly with the service it has received.
3227  *
3228  * Charging time to the first type of queues and the exact service to
3229  * the other has the effect of using the WF2Q+ policy to schedule the
3230  * former on a timeslice basis, without violating service domain
3231  * guarantees among the latter.
3232  */
3233 void bfq_bfqq_expire(struct bfq_data *bfqd,
3234                      struct bfq_queue *bfqq,
3235                      bool compensate,
3236                      enum bfqq_expiration reason)
3237 {
3238         bool slow;
3239         unsigned long delta = 0;
3240         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
3241         int ref;
3242
3243         /*
3244          * Check whether the process is slow (see bfq_bfqq_is_slow).
3245          */
3246         slow = bfq_bfqq_is_slow(bfqd, bfqq, compensate, reason, &delta);
3247
3248         /*
3249          * As above explained, charge slow (typically seeky) and
3250          * timed-out queues with the time and not the service
3251          * received, to favor sequential workloads.
3252          *
3253          * Processes doing I/O in the slower disk zones will tend to
3254          * be slow(er) even if not seeky. Therefore, since the
3255          * estimated peak rate is actually an average over the disk
3256          * surface, these processes may timeout just for bad luck. To
3257          * avoid punishing them, do not charge time to processes that
3258          * succeeded in consuming at least 2/3 of their budget. This
3259          * allows BFQ to preserve enough elasticity to still perform
3260          * bandwidth, and not time, distribution with little unlucky
3261          * or quasi-sequential processes.
3262          */
3263         if (bfqq->wr_coeff == 1 &&
3264             (slow ||
3265              (reason == BFQQE_BUDGET_TIMEOUT &&
3266               bfq_bfqq_budget_left(bfqq) >=  entity->budget / 3)))
3267                 bfq_bfqq_charge_time(bfqd, bfqq, delta);
3268
3269         if (reason == BFQQE_TOO_IDLE &&
3270             entity->service <= 2 * entity->budget / 10)
3271                 bfq_clear_bfqq_IO_bound(bfqq);
3272
3273         if (bfqd->low_latency && bfqq->wr_coeff == 1)
3274                 bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
3275
3276         if (bfqd->low_latency && bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate > 0 &&
3277             RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list)) {
3278                 /*
3279                  * If we get here, and there are no outstanding
3280                  * requests, then the request pattern is isochronous
3281                  * (see the comments on the function
3282                  * bfq_bfqq_softrt_next_start()). Thus we can compute
3283                  * soft_rt_next_start. If, instead, the queue still
3284                  * has outstanding requests, then we have to wait for
3285                  * the completion of all the outstanding requests to
3286                  * discover whether the request pattern is actually
3287                  * isochronous.
3288                  */
3289                 if (bfqq->dispatched == 0)
3290                         bfqq->soft_rt_next_start =
3291                                 bfq_bfqq_softrt_next_start(bfqd, bfqq);
3292                 else {
3293                         /*
3294                          * Schedule an update of soft_rt_next_start to when
3295                          * the task may be discovered to be isochronous.
3296                          */
3297                         bfq_mark_bfqq_softrt_update(bfqq);
3298                 }
3299         }
3300
3301         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq,
3302                 "expire (%d, slow %d, num_disp %d, short_ttime %d)", reason,
3303                 slow, bfqq->dispatched, bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq));
3304
3305         /*
3306          * Increase, decrease or leave budget unchanged according to
3307          * reason.
3308          */
3309         __bfq_bfqq_recalc_budget(bfqd, bfqq, reason);
3310         ref = bfqq->ref;
3311         __bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq);
3312
3313         if (ref == 1) /* bfqq is gone, no more actions on it */
3314                 return;
3315
3316         bfqq->injected_service = 0;
3317
3318         /* mark bfqq as waiting a request only if a bic still points to it */
3319         if (!bfq_bfqq_busy(bfqq) &&
3320             reason != BFQQE_BUDGET_TIMEOUT &&
3321             reason != BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED) {
3322                 bfq_mark_bfqq_non_blocking_wait_rq(bfqq);
3323                 /*
3324                  * Not setting service to 0, because, if the next rq
3325                  * arrives in time, the queue will go on receiving
3326                  * service with this same budget (as if it never expired)
3327                  */
3328         } else
3329                 entity->service = 0;
3330
3331         /*
3332          * Reset the received-service counter for every parent entity.
3333          * Differently from what happens with bfqq->entity.service,
3334          * the resetting of this counter never needs to be postponed
3335          * for parent entities. In fact, in case bfqq may have a
3336          * chance to go on being served using the last, partially
3337          * consumed budget, bfqq->entity.service needs to be kept,
3338          * because if bfqq then actually goes on being served using
3339          * the same budget, the last value of bfqq->entity.service is
3340          * needed to properly decrement bfqq->entity.budget by the
3341          * portion already consumed. In contrast, it is not necessary
3342          * to keep entity->service for parent entities too, because
3343          * the bubble up of the new value of bfqq->entity.budget will
3344          * make sure that the budgets of parent entities are correct,
3345          * even in case bfqq and thus parent entities go on receiving
3346          * service with the same budget.
3347          */
3348         entity = entity->parent;
3349         for_each_entity(entity)
3350                 entity->service = 0;
3351 }
3352
3353 /*
3354  * Budget timeout is not implemented through a dedicated timer, but
3355  * just checked on request arrivals and completions, as well as on
3356  * idle timer expirations.
3357  */
3358 static bool bfq_bfqq_budget_timeout(struct bfq_queue *bfqq)
3359 {
3360         return time_is_before_eq_jiffies(bfqq->budget_timeout);
3361 }
3362
3363 /*
3364  * If we expire a queue that is actively waiting (i.e., with the
3365  * device idled) for the arrival of a new request, then we may incur
3366  * the timestamp misalignment problem described in the body of the
3367  * function __bfq_activate_entity. Hence we return true only if this
3368  * condition does not hold, or if the queue is slow enough to deserve
3369  * only to be kicked off for preserving a high throughput.
3370  */
3371 static bool bfq_may_expire_for_budg_timeout(struct bfq_queue *bfqq)
3372 {
3373         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq,
3374                 "may_budget_timeout: wait_request %d left %d timeout %d",
3375                 bfq_bfqq_wait_request(bfqq),
3376                         bfq_bfqq_budget_left(bfqq) >=  bfqq->entity.budget / 3,
3377                 bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq));
3378
3379         return (!bfq_bfqq_wait_request(bfqq) ||
3380                 bfq_bfqq_budget_left(bfqq) >=  bfqq->entity.budget / 3)
3381                 &&
3382                 bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq);
3383 }
3384
3385 /*
3386  * For a queue that becomes empty, device idling is allowed only if
3387  * this function returns true for the queue. As a consequence, since
3388  * device idling plays a critical role in both throughput boosting and
3389  * service guarantees, the return value of this function plays a
3390  * critical role in both these aspects as well.
3391  *
3392  * In a nutshell, this function returns true only if idling is
3393  * beneficial for throughput or, even if detrimental for throughput,
3394  * idling is however necessary to preserve service guarantees (low
3395  * latency, desired throughput distribution, ...). In particular, on
3396  * NCQ-capable devices, this function tries to return false, so as to
3397  * help keep the drives' internal queues full, whenever this helps the
3398  * device boost the throughput without causing any service-guarantee
3399  * issue.
3400  *
3401  * In more detail, the return value of this function is obtained by,
3402  * first, computing a number of boolean variables that take into
3403  * account throughput and service-guarantee issues, and, then,
3404  * combining these variables in a logical expression. Most of the
3405  * issues taken into account are not trivial. We discuss these issues
3406  * individually while introducing the variables.
3407  */
3408 static bool bfq_better_to_idle(struct bfq_queue *bfqq)
3409 {
3410         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
3411         bool rot_without_queueing =
3412                 !blk_queue_nonrot(bfqd->queue) && !bfqd->hw_tag,
3413                 bfqq_sequential_and_IO_bound,
3414                 idling_boosts_thr, idling_boosts_thr_without_issues,
3415                 idling_needed_for_service_guarantees,
3416                 asymmetric_scenario;
3417
3418         if (bfqd->strict_guarantees)
3419                 return true;
3420
3421         /*
3422          * Idling is performed only if slice_idle > 0. In addition, we
3423          * do not idle if
3424          * (a) bfqq is async
3425          * (b) bfqq is in the idle io prio class: in this case we do
3426          * not idle because we want to minimize the bandwidth that
3427          * queues in this class can steal to higher-priority queues
3428          */
3429         if (bfqd->bfq_slice_idle == 0 || !bfq_bfqq_sync(bfqq) ||
3430             bfq_class_idle(bfqq))
3431                 return false;
3432
3433         bfqq_sequential_and_IO_bound = !BFQQ_SEEKY(bfqq) &&
3434                 bfq_bfqq_IO_bound(bfqq) && bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
3435
3436         /*
3437          * The next variable takes into account the cases where idling
3438          * boosts the throughput.
3439          *
3440          * The value of the variable is computed considering, first, that
3441          * idling is virtually always beneficial for the throughput if:
3442          * (a) the device is not NCQ-capable and rotational, or
3443          * (b) regardless of the presence of NCQ, the device is rotational and
3444          *     the request pattern for bfqq is I/O-bound and sequential, or
3445          * (c) regardless of whether it is rotational, the device is
3446          *     not NCQ-capable and the request pattern for bfqq is
3447          *     I/O-bound and sequential.
3448          *
3449          * Secondly, and in contrast to the above item (b), idling an
3450          * NCQ-capable flash-based device would not boost the
3451          * throughput even with sequential I/O; rather it would lower
3452          * the throughput in proportion to how fast the device
3453          * is. Accordingly, the next variable is true if any of the
3454          * above conditions (a), (b) or (c) is true, and, in
3455          * particular, happens to be false if bfqd is an NCQ-capable
3456          * flash-based device.
3457          */
3458         idling_boosts_thr = rot_without_queueing ||
3459                 ((!blk_queue_nonrot(bfqd->queue) || !bfqd->hw_tag) &&
3460                  bfqq_sequential_and_IO_bound);
3461
3462         /*
3463          * The value of the next variable,
3464          * idling_boosts_thr_without_issues, is equal to that of
3465          * idling_boosts_thr, unless a special case holds. In this
3466          * special case, described below, idling may cause problems to
3467          * weight-raised queues.
3468          *
3469          * When the request pool is saturated (e.g., in the presence
3470          * of write hogs), if the processes associated with
3471          * non-weight-raised queues ask for requests at a lower rate,
3472          * then processes associated with weight-raised queues have a
3473          * higher probability to get a request from the pool
3474          * immediately (or at least soon) when they need one. Thus
3475          * they have a higher probability to actually get a fraction
3476          * of the device throughput proportional to their high
3477          * weight. This is especially true with NCQ-capable drives,
3478          * which enqueue several requests in advance, and further
3479          * reorder internally-queued requests.
3480          *
3481          * For this reason, we force to false the value of
3482          * idling_boosts_thr_without_issues if there are weight-raised
3483          * busy queues. In this case, and if bfqq is not weight-raised,
3484          * this guarantees that the device is not idled for bfqq (if,
3485          * instead, bfqq is weight-raised, then idling will be
3486          * guaranteed by another variable, see below). Combined with
3487          * the timestamping rules of BFQ (see [1] for details), this
3488          * behavior causes bfqq, and hence any sync non-weight-raised
3489          * queue, to get a lower number of requests served, and thus
3490          * to ask for a lower number of requests from the request
3491          * pool, before the busy weight-raised queues get served
3492          * again. This often mitigates starvation problems in the
3493          * presence of heavy write workloads and NCQ, thereby
3494          * guaranteeing a higher application and system responsiveness
3495          * in these hostile scenarios.
3496          */
3497         idling_boosts_thr_without_issues = idling_boosts_thr &&
3498                 bfqd->wr_busy_queues == 0;
3499
3500         /*
3501          * There is then a case where idling must be performed not
3502          * for throughput concerns, but to preserve service
3503          * guarantees.
3504          *
3505          * To introduce this case, we can note that allowing the drive
3506          * to enqueue more than one request at a time, and hence
3507          * delegating de facto final scheduling decisions to the
3508          * drive's internal scheduler, entails loss of control on the
3509          * actual request service order. In particular, the critical
3510          * situation is when requests from different processes happen
3511          * to be present, at the same time, in the internal queue(s)
3512          * of the drive. In such a situation, the drive, by deciding
3513          * the service order of the internally-queued requests, does
3514          * determine also the actual throughput distribution among
3515          * these processes. But the drive typically has no notion or
3516          * concern about per-process throughput distribution, and
3517          * makes its decisions only on a per-request basis. Therefore,
3518          * the service distribution enforced by the drive's internal
3519          * scheduler is likely to coincide with the desired
3520          * device-throughput distribution only in a completely
3521          * symmetric scenario where:
3522          * (i)  each of these processes must get the same throughput as
3523          *      the others;
3524          * (ii) all these processes have the same I/O pattern
3525                 (either sequential or random).
3526          * In fact, in such a scenario, the drive will tend to treat
3527          * the requests of each of these processes in about the same
3528          * way as the requests of the others, and thus to provide
3529          * each of these processes with about the same throughput
3530          * (which is exactly the desired throughput distribution). In
3531          * contrast, in any asymmetric scenario, device idling is
3532          * certainly needed to guarantee that bfqq receives its
3533          * assigned fraction of the device throughput (see [1] for
3534          * details).
3535          *
3536          * We address this issue by controlling, actually, only the
3537          * symmetry sub-condition (i), i.e., provided that
3538          * sub-condition (i) holds, idling is not performed,
3539          * regardless of whether sub-condition (ii) holds. In other
3540          * words, only if sub-condition (i) holds, then idling is
3541          * allowed, and the device tends to be prevented from queueing
3542          * many requests, possibly of several processes. The reason
3543          * for not controlling also sub-condition (ii) is that we
3544          * exploit preemption to preserve guarantees in case of
3545          * symmetric scenarios, even if (ii) does not hold, as
3546          * explained in the next two paragraphs.
3547          *
3548          * Even if a queue, say Q, is expired when it remains idle, Q
3549          * can still preempt the new in-service queue if the next
3550          * request of Q arrives soon (see the comments on
3551          * bfq_bfqq_update_budg_for_activation). If all queues and
3552          * groups have the same weight, this form of preemption,
3553          * combined with the hole-recovery heuristic described in the
3554          * comments on function bfq_bfqq_update_budg_for_activation,
3555          * are enough to preserve a correct bandwidth distribution in
3556          * the mid term, even without idling. In fact, even if not
3557          * idling allows the internal queues of the device to contain
3558          * many requests, and thus to reorder requests, we can rather
3559          * safely assume that the internal scheduler still preserves a
3560          * minimum of mid-term fairness. The motivation for using
3561          * preemption instead of idling is that, by not idling,
3562          * service guarantees are preserved without minimally
3563          * sacrificing throughput. In other words, both a high
3564          * throughput and its desired distribution are obtained.
3565          *
3566          * More precisely, this preemption-based, idleless approach
3567          * provides fairness in terms of IOPS, and not sectors per
3568          * second. This can be seen with a simple example. Suppose
3569          * that there are two queues with the same weight, but that
3570          * the first queue receives requests of 8 sectors, while the
3571          * second queue receives requests of 1024 sectors. In
3572          * addition, suppose that each of the two queues contains at
3573          * most one request at a time, which implies that each queue
3574          * always remains idle after it is served. Finally, after
3575          * remaining idle, each queue receives very quickly a new
3576          * request. It follows that the two queues are served
3577          * alternatively, preempting each other if needed. This
3578          * implies that, although both queues have the same weight,
3579          * the queue with large requests receives a service that is
3580          * 1024/8 times as high as the service received by the other
3581          * queue.
3582          *
3583          * On the other hand, device idling is performed, and thus
3584          * pure sector-domain guarantees are provided, for the
3585          * following queues, which are likely to need stronger
3586          * throughput guarantees: weight-raised queues, and queues
3587          * with a higher weight than other queues. When such queues
3588          * are active, sub-condition (i) is false, which triggers
3589          * device idling.
3590          *
3591          * According to the above considerations, the next variable is
3592          * true (only) if sub-condition (i) holds. To compute the
3593          * value of this variable, we not only use the return value of
3594          * the function bfq_symmetric_scenario(), but also check
3595          * whether bfqq is being weight-raised, because
3596          * bfq_symmetric_scenario() does not take into account also
3597          * weight-raised queues (see comments on
3598          * bfq_weights_tree_add()). In particular, if bfqq is being
3599          * weight-raised, it is important to idle only if there are
3600          * other, non-weight-raised queues that may steal throughput
3601          * to bfqq. Actually, we should be even more precise, and
3602          * differentiate between interactive weight raising and
3603          * soft real-time weight raising.
3604          *
3605          * As a side note, it is worth considering that the above
3606          * device-idling countermeasures may however fail in the
3607          * following unlucky scenario: if idling is (correctly)
3608          * disabled in a time period during which all symmetry
3609          * sub-conditions hold, and hence the device is allowed to
3610          * enqueue many requests, but at some later point in time some
3611          * sub-condition stops to hold, then it may become impossible
3612          * to let requests be served in the desired order until all
3613          * the requests already queued in the device have been served.
3614          */
3615         asymmetric_scenario = (bfqq->wr_coeff > 1 &&
3616                                bfqd->wr_busy_queues < bfqd->busy_queues) ||
3617                 !bfq_symmetric_scenario(bfqd);
3618
3619         /*
3620          * Finally, there is a case where maximizing throughput is the
3621          * best choice even if it may cause unfairness toward
3622          * bfqq. Such a case is when bfqq became active in a burst of
3623          * queue activations. Queues that became active during a large
3624          * burst benefit only from throughput, as discussed in the
3625          * comments on bfq_handle_burst. Thus, if bfqq became active
3626          * in a burst and not idling the device maximizes throughput,
3627          * then the device must no be idled, because not idling the
3628          * device provides bfqq and all other queues in the burst with
3629          * maximum benefit. Combining this and the above case, we can
3630          * now establish when idling is actually needed to preserve
3631          * service guarantees.
3632          */
3633         idling_needed_for_service_guarantees =
3634                 asymmetric_scenario && !bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq);
3635
3636         /*
3637          * We have now all the components we need to compute the
3638          * return value of the function, which is true only if idling
3639          * either boosts the throughput (without issues), or is
3640          * necessary to preserve service guarantees.
3641          */
3642         return idling_boosts_thr_without_issues ||
3643                 idling_needed_for_service_guarantees;
3644 }
3645
3646 /*
3647  * If the in-service queue is empty but the function bfq_better_to_idle
3648  * returns true, then:
3649  * 1) the queue must remain in service and cannot be expired, and
3650  * 2) the device must be idled to wait for the possible arrival of a new
3651  *    request for the queue.
3652  * See the comments on the function bfq_better_to_idle for the reasons
3653  * why performing device idling is the best choice to boost the throughput
3654  * and preserve service guarantees when bfq_better_to_idle itself
3655  * returns true.
3656  */
3657 static bool bfq_bfqq_must_idle(struct bfq_queue *bfqq)
3658 {
3659         return RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) && bfq_better_to_idle(bfqq);
3660 }
3661
3662 static struct bfq_queue *bfq_choose_bfqq_for_injection(struct bfq_data *bfqd)
3663 {
3664         struct bfq_queue *bfqq;
3665
3666         /*
3667          * A linear search; but, with a high probability, very few
3668          * steps are needed to find a candidate queue, i.e., a queue
3669          * with enough budget left for its next request. In fact:
3670          * - BFQ dynamically updates the budget of every queue so as
3671          *   to accommodate the expected backlog of the queue;
3672          * - if a queue gets all its requests dispatched as injected
3673          *   service, then the queue is removed from the active list
3674          *   (and re-added only if it gets new requests, but with
3675          *   enough budget for its new backlog).
3676          */
3677         list_for_each_entry(bfqq, &bfqd->active_list, bfqq_list)
3678                 if (!RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) &&
3679                     bfq_serv_to_charge(bfqq->next_rq, bfqq) <=
3680                     bfq_bfqq_budget_left(bfqq))
3681                         return bfqq;
3682
3683         return NULL;
3684 }
3685
3686 /*
3687  * Select a queue for service.  If we have a current queue in service,
3688  * check whether to continue servicing it, or retrieve and set a new one.
3689  */
3690 static struct bfq_queue *bfq_select_queue(struct bfq_data *bfqd)
3691 {
3692         struct bfq_queue *bfqq;
3693         struct request *next_rq;
3694         enum bfqq_expiration reason = BFQQE_BUDGET_TIMEOUT;
3695
3696         bfqq = bfqd->in_service_queue;
3697         if (!bfqq)
3698                 goto new_queue;
3699
3700         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "select_queue: already in-service queue");
3701
3702         /*
3703          * Do not expire bfqq for budget timeout if bfqq may be about
3704          * to enjoy device idling. The reason why, in this case, we
3705          * prevent bfqq from expiring is the same as in the comments
3706          * on the case where bfq_bfqq_must_idle() returns true, in
3707          * bfq_completed_request().
3708          */
3709         if (bfq_may_expire_for_budg_timeout(bfqq) &&
3710             !bfq_bfqq_must_idle(bfqq))
3711                 goto expire;
3712
3713 check_queue:
3714         /*
3715          * This loop is rarely executed more than once. Even when it
3716          * happens, it is much more convenient to re-execute this loop
3717          * than to return NULL and trigger a new dispatch to get a
3718          * request served.
3719          */
3720         next_rq = bfqq->next_rq;
3721         /*
3722          * If bfqq has requests queued and it has enough budget left to
3723          * serve them, keep the queue, otherwise expire it.
3724          */
3725         if (next_rq) {
3726                 if (bfq_serv_to_charge(next_rq, bfqq) >
3727                         bfq_bfqq_budget_left(bfqq)) {
3728                         /*
3729                          * Expire the queue for budget exhaustion,
3730                          * which makes sure that the next budget is
3731                          * enough to serve the next request, even if
3732                          * it comes from the fifo expired path.
3733                          */
3734                         reason = BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED;
3735                         goto expire;
3736                 } else {
3737                         /*
3738                          * The idle timer may be pending because we may
3739                          * not disable disk idling even when a new request
3740                          * arrives.
3741                          */
3742                         if (bfq_bfqq_wait_request(bfqq)) {
3743                                 /*
3744                                  * If we get here: 1) at least a new request
3745                                  * has arrived but we have not disabled the
3746                                  * timer because the request was too small,
3747                                  * 2) then the block layer has unplugged
3748                                  * the device, causing the dispatch to be
3749                                  * invoked.
3750                                  *
3751                                  * Since the device is unplugged, now the
3752                                  * requests are probably large enough to
3753                                  * provide a reasonable throughput.
3754                                  * So we disable idling.
3755                                  */
3756                                 bfq_clear_bfqq_wait_request(bfqq);
3757                                 hrtimer_try_to_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
3758                         }
3759                         goto keep_queue;
3760                 }
3761         }
3762
3763         /*
3764          * No requests pending. However, if the in-service queue is idling
3765          * for a new request, or has requests waiting for a completion and
3766          * may idle after their completion, then keep it anyway.
3767          *
3768          * Yet, to boost throughput, inject service from other queues if
3769          * possible.
3770          */
3771         if (bfq_bfqq_wait_request(bfqq) ||
3772             (bfqq->dispatched != 0 && bfq_better_to_idle(bfqq))) {
3773                 if (bfq_bfqq_injectable(bfqq) &&
3774                     bfqq->injected_service * bfqq->inject_coeff <
3775                     bfqq->entity.service * 10)
3776                         bfqq = bfq_choose_bfqq_for_injection(bfqd);
3777                 else
3778                         bfqq = NULL;
3779
3780                 goto keep_queue;
3781         }
3782
3783         reason = BFQQE_NO_MORE_REQUESTS;
3784 expire:
3785         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false, reason);
3786 new_queue:
3787         bfqq = bfq_set_in_service_queue(bfqd);
3788         if (bfqq) {
3789                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "select_queue: checking new queue");
3790                 goto check_queue;
3791         }
3792 keep_queue:
3793         if (bfqq)
3794                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "select_queue: returned this queue");
3795         else
3796                 bfq_log(bfqd, "select_queue: no queue returned");
3797
3798         return bfqq;
3799 }
3800
3801 static void bfq_update_wr_data(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
3802 {
3803         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
3804
3805         if (bfqq->wr_coeff > 1) { /* queue is being weight-raised */
3806                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq,
3807                         "raising period dur %u/%u msec, old coeff %u, w %d(%d)",
3808                         jiffies_to_msecs(jiffies - bfqq->last_wr_start_finish),
3809                         jiffies_to_msecs(bfqq->wr_cur_max_time),
3810                         bfqq->wr_coeff,
3811                         bfqq->entity.weight, bfqq->entity.orig_weight);
3812
3813                 if (entity->prio_changed)
3814                         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "WARN: pending prio change");
3815
3816                 /*
3817                  * If the queue was activated in a burst, or too much
3818                  * time has elapsed from the beginning of this
3819                  * weight-raising period, then end weight raising.
3820                  */
3821                 if (bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq))
3822                         bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
3823                 else if (time_is_before_jiffies(bfqq->last_wr_start_finish +
3824                                                 bfqq->wr_cur_max_time)) {
3825                         if (bfqq->wr_cur_max_time != bfqd->bfq_wr_rt_max_time ||
3826                         time_is_before_jiffies(bfqq->wr_start_at_switch_to_srt +
3827                                                bfq_wr_duration(bfqd)))
3828                                 bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
3829                         else {
3830                                 switch_back_to_interactive_wr(bfqq, bfqd);
3831                                 bfqq->entity.prio_changed = 1;
3832                         }
3833                 }
3834                 if (bfqq->wr_coeff > 1 &&
3835                     bfqq->wr_cur_max_time != bfqd->bfq_wr_rt_max_time &&
3836                     bfqq->service_from_wr > max_service_from_wr) {
3837                         /* see comments on max_service_from_wr */
3838                         bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
3839                 }
3840         }
3841         /*
3842          * To improve latency (for this or other queues), immediately
3843          * update weight both if it must be raised and if it must be
3844          * lowered. Since, entity may be on some active tree here, and
3845          * might have a pending change of its ioprio class, invoke
3846          * next function with the last parameter unset (see the
3847          * comments on the function).
3848          */
3849         if ((entity->weight > entity->orig_weight) != (bfqq->wr_coeff > 1))
3850                 __bfq_entity_update_weight_prio(bfq_entity_service_tree(entity),
3851                                                 entity, false);
3852 }
3853
3854 /*
3855  * Dispatch next request from bfqq.
3856  */
3857 static struct request *bfq_dispatch_rq_from_bfqq(struct bfq_data *bfqd,
3858                                                  struct bfq_queue *bfqq)
3859 {
3860         struct request *rq = bfqq->next_rq;
3861         unsigned long service_to_charge;
3862
3863         service_to_charge = bfq_serv_to_charge(rq, bfqq);
3864
3865         bfq_bfqq_served(bfqq, service_to_charge);
3866
3867         bfq_dispatch_remove(bfqd->queue, rq);
3868
3869         if (bfqq != bfqd->in_service_queue) {
3870                 if (likely(bfqd->in_service_queue))
3871                         bfqd->in_service_queue->injected_service +=
3872                                 bfq_serv_to_charge(rq, bfqq);
3873
3874                 goto return_rq;
3875         }
3876
3877         /*
3878          * If weight raising has to terminate for bfqq, then next
3879          * function causes an immediate update of bfqq's weight,
3880          * without waiting for next activation. As a consequence, on
3881          * expiration, bfqq will be timestamped as if has never been
3882          * weight-raised during this service slot, even if it has
3883          * received part or even most of the service as a
3884          * weight-raised queue. This inflates bfqq's timestamps, which
3885          * is beneficial, as bfqq is then more willing to leave the
3886          * device immediately to possible other weight-raised queues.
3887          */
3888         bfq_update_wr_data(bfqd, bfqq);
3889
3890         /*
3891          * Expire bfqq, pretending that its budget expired, if bfqq
3892          * belongs to CLASS_IDLE and other queues are waiting for
3893          * service.
3894          */
3895         if (!(bfqd->busy_queues > 1 && bfq_class_idle(bfqq)))
3896                 goto return_rq;
3897
3898         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false, BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED);
3899
3900 return_rq:
3901         return rq;
3902 }
3903
3904 static bool bfq_has_work(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
3905 {
3906         struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
3907
3908         /*
3909          * Avoiding lock: a race on bfqd->busy_queues should cause at
3910          * most a call to dispatch for nothing
3911          */
3912         return !list_empty_careful(&bfqd->dispatch) ||
3913                 bfqd->busy_queues > 0;
3914 }
3915
3916 static struct request *__bfq_dispatch_request(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
3917 {
3918         struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
3919         struct request *rq = NULL;
3920         struct bfq_queue *bfqq = NULL;
3921
3922         if (!list_empty(&bfqd->dispatch)) {
3923                 rq = list_first_entry(&bfqd->dispatch, struct request,
3924                                       queuelist);
3925                 list_del_init(&rq->queuelist);
3926
3927                 bfqq = RQ_BFQQ(rq);
3928
3929                 if (bfqq) {
3930                         /*
3931                          * Increment counters here, because this
3932                          * dispatch does not follow the standard
3933                          * dispatch flow (where counters are
3934                          * incremented)
3935                          */
3936                         bfqq->dispatched++;
3937
3938                         goto inc_in_driver_start_rq;
3939                 }
3940
3941                 /*
3942                  * We exploit the bfq_finish_requeue_request hook to
3943                  * decrement rq_in_driver, but
3944                  * bfq_finish_requeue_request will not be invoked on
3945                  * this request. So, to avoid unbalance, just start
3946                  * this request, without incrementing rq_in_driver. As
3947                  * a negative consequence, rq_in_driver is deceptively
3948                  * lower than it should be while this request is in
3949                  * service. This may cause bfq_schedule_dispatch to be
3950                  * invoked uselessly.
3951                  *
3952                  * As for implementing an exact solution, the
3953                  * bfq_finish_requeue_request hook, if defined, is
3954                  * probably invoked also on this request. So, by
3955                  * exploiting this hook, we could 1) increment
3956                  * rq_in_driver here, and 2) decrement it in
3957                  * bfq_finish_requeue_request. Such a solution would
3958                  * let the value of the counter be always accurate,
3959                  * but it would entail using an extra interface
3960                  * function. This cost seems higher than the benefit,
3961                  * being the frequency of non-elevator-private
3962                  * requests very low.
3963                  */
3964                 goto start_rq;
3965         }
3966
3967         bfq_log(bfqd, "dispatch requests: %d busy queues", bfqd->busy_queues);
3968
3969         if (bfqd->busy_queues == 0)
3970                 goto exit;
3971
3972         /*
3973          * Force device to serve one request at a time if
3974          * strict_guarantees is true. Forcing this service scheme is
3975          * currently the ONLY way to guarantee that the request
3976          * service order enforced by the scheduler is respected by a
3977          * queueing device. Otherwise the device is free even to make
3978          * some unlucky request wait for as long as the device
3979          * wishes.
3980          *
3981          * Of course, serving one request at at time may cause loss of
3982          * throughput.
3983          */
3984         if (bfqd->strict_guarantees && bfqd->rq_in_driver > 0)
3985                 goto exit;
3986
3987         bfqq = bfq_select_queue(bfqd);
3988         if (!bfqq)
3989                 goto exit;
3990
3991         rq = bfq_dispatch_rq_from_bfqq(bfqd, bfqq);
3992
3993         if (rq) {
3994 inc_in_driver_start_rq:
3995                 bfqd->rq_in_driver++;
3996 start_rq:
3997                 rq->rq_flags |= RQF_STARTED;
3998         }
3999 exit:
4000         return rq;
4001 }
4002
4003 #if defined(CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED) && defined(CONFIG_DEBUG_BLK_CGROUP)
4004 static void bfq_update_dispatch_stats(struct request_queue *q,
4005                                       struct request *rq,
4006                                       struct bfq_queue *in_serv_queue,
4007                                       bool idle_timer_disabled)
4008 {
4009         struct bfq_queue *bfqq = rq ? RQ_BFQQ(rq) : NULL;
4010
4011         if (!idle_timer_disabled && !bfqq)
4012                 return;
4013
4014         /*
4015          * rq and bfqq are guaranteed to exist until this function
4016          * ends, for the following reasons. First, rq can be
4017          * dispatched to the device, and then can be completed and
4018          * freed, only after this function ends. Second, rq cannot be
4019          * merged (and thus freed because of a merge) any longer,
4020          * because it has already started. Thus rq cannot be freed
4021          * before this function ends, and, since rq has a reference to
4022          * bfqq, the same guarantee holds for bfqq too.
4023          *
4024          * In addition, the following queue lock guarantees that
4025          * bfqq_group(bfqq) exists as well.
4026          */
4027         spin_lock_irq(q->queue_lock);
4028         if (idle_timer_disabled)
4029                 /*
4030                  * Since the idle timer has been disabled,
4031                  * in_serv_queue contained some request when
4032                  * __bfq_dispatch_request was invoked above, which
4033                  * implies that rq was picked exactly from
4034                  * in_serv_queue. Thus in_serv_queue == bfqq, and is
4035                  * therefore guaranteed to exist because of the above
4036                  * arguments.
4037                  */
4038                 bfqg_stats_update_idle_time(bfqq_group(in_serv_queue));
4039         if (bfqq) {
4040                 struct bfq_group *bfqg = bfqq_group(bfqq);
4041
4042                 bfqg_stats_update_avg_queue_size(bfqg);
4043                 bfqg_stats_set_start_empty_time(bfqg);
4044                 bfqg_stats_update_io_remove(bfqg, rq->cmd_flags);
4045         }
4046         spin_unlock_irq(q->queue_lock);
4047 }
4048 #else
4049 static inline void bfq_update_dispatch_stats(struct request_queue *q,
4050                                              struct request *rq,
4051                                              struct bfq_queue *in_serv_queue,
4052                                              bool idle_timer_disabled) {}
4053 #endif
4054
4055 static struct request *bfq_dispatch_request(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
4056 {
4057         struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
4058         struct request *rq;
4059         struct bfq_queue *in_serv_queue;
4060         bool waiting_rq, idle_timer_disabled;
4061
4062         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
4063
4064         in_serv_queue = bfqd->in_service_queue;
4065         waiting_rq = in_serv_queue && bfq_bfqq_wait_request(in_serv_queue);
4066
4067         rq = __bfq_dispatch_request(hctx);
4068
4069         idle_timer_disabled =
4070                 waiting_rq && !bfq_bfqq_wait_request(in_serv_queue);
4071
4072         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
4073
4074         bfq_update_dispatch_stats(hctx->queue, rq, in_serv_queue,
4075                                   idle_timer_disabled);
4076
4077         return rq;
4078 }
4079
4080 /*
4081  * Task holds one reference to the queue, dropped when task exits.  Each rq
4082  * in-flight on this queue also holds a reference, dropped when rq is freed.
4083  *
4084  * Scheduler lock must be held here. Recall not to use bfqq after calling
4085  * this function on it.
4086  */
4087 void bfq_put_queue(struct bfq_queue *bfqq)
4088 {
4089 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
4090         struct bfq_group *bfqg = bfqq_group(bfqq);
4091 #endif
4092
4093         if (bfqq->bfqd)
4094                 bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "put_queue: %p %d",
4095                              bfqq, bfqq->ref);
4096
4097         bfqq->ref--;
4098         if (bfqq->ref)
4099                 return;
4100
4101         if (!hlist_unhashed(&bfqq->burst_list_node)) {
4102                 hlist_del_init(&bfqq->burst_list_node);
4103                 /*
4104                  * Decrement also burst size after the removal, if the
4105                  * process associated with bfqq is exiting, and thus
4106                  * does not contribute to the burst any longer. This
4107                  * decrement helps filter out false positives of large
4108                  * bursts, when some short-lived process (often due to
4109                  * the execution of commands by some service) happens
4110                  * to start and exit while a complex application is
4111                  * starting, and thus spawning several processes that
4112                  * do I/O (and that *must not* be treated as a large
4113                  * burst, see comments on bfq_handle_burst).
4114                  *
4115                  * In particular, the decrement is performed only if:
4116                  * 1) bfqq is not a merged queue, because, if it is,
4117                  * then this free of bfqq is not triggered by the exit
4118                  * of the process bfqq is associated with, but exactly
4119                  * by the fact that bfqq has just been merged.
4120                  * 2) burst_size is greater than 0, to handle
4121                  * unbalanced decrements. Unbalanced decrements may
4122                  * happen in te following case: bfqq is inserted into
4123                  * the current burst list--without incrementing
4124                  * bust_size--because of a split, but the current
4125                  * burst list is not the burst list bfqq belonged to
4126                  * (see comments on the case of a split in
4127                  * bfq_set_request).
4128                  */
4129                 if (bfqq->bic && bfqq->bfqd->burst_size > 0)
4130                         bfqq->bfqd->burst_size--;
4131         }
4132
4133         kmem_cache_free(bfq_pool, bfqq);
4134 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
4135         bfqg_and_blkg_put(bfqg);
4136 #endif
4137 }
4138
4139 static void bfq_put_cooperator(struct bfq_queue *bfqq)
4140 {
4141         struct bfq_queue *__bfqq, *next;
4142
4143         /*
4144          * If this queue was scheduled to merge with another queue, be
4145          * sure to drop the reference taken on that queue (and others in
4146          * the merge chain). See bfq_setup_merge and bfq_merge_bfqqs.
4147          */
4148         __bfqq = bfqq->new_bfqq;
4149         while (__bfqq) {
4150                 if (__bfqq == bfqq)
4151                         break;
4152                 next = __bfqq->new_bfqq;
4153                 bfq_put_queue(__bfqq);
4154                 __bfqq = next;
4155         }
4156 }
4157
4158 static void bfq_exit_bfqq(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
4159 {
4160         if (bfqq == bfqd->in_service_queue) {
4161                 __bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq);
4162                 bfq_schedule_dispatch(bfqd);
4163         }
4164
4165         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "exit_bfqq: %p, %d", bfqq, bfqq->ref);
4166
4167         bfq_put_cooperator(bfqq);
4168
4169         bfq_put_queue(bfqq); /* release process reference */
4170 }
4171
4172 static void bfq_exit_icq_bfqq(struct bfq_io_cq *bic, bool is_sync)
4173 {
4174         struct bfq_queue *bfqq = bic_to_bfqq(bic, is_sync);
4175         struct bfq_data *bfqd;
4176
4177         if (bfqq)
4178                 bfqd = bfqq->bfqd; /* NULL if scheduler already exited */
4179
4180         if (bfqq && bfqd) {
4181                 unsigned long flags;
4182
4183                 spin_lock_irqsave(&bfqd->lock, flags);
4184                 bfqq->bic = NULL;
4185                 bfq_exit_bfqq(bfqd, bfqq);
4186                 bic_set_bfqq(bic, NULL, is_sync);
4187                 spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
4188         }
4189 }
4190
4191 static void bfq_exit_icq(struct io_cq *icq)
4192 {
4193         struct bfq_io_cq *bic = icq_to_bic(icq);
4194
4195         bfq_exit_icq_bfqq(bic, true);
4196         bfq_exit_icq_bfqq(bic, false);
4197 }
4198
4199 /*
4200  * Update the entity prio values; note that the new values will not
4201  * be used until the next (re)activation.
4202  */
4203 static void
4204 bfq_set_next_ioprio_data(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_io_cq *bic)
4205 {
4206         struct task_struct *tsk = current;
4207         int ioprio_class;
4208         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
4209
4210         if (!bfqd)
4211                 return;
4212
4213         ioprio_class = IOPRIO_PRIO_CLASS(bic->ioprio);
4214         switch (ioprio_class) {
4215         default:
4216                 pr_err("bdi %s: bfq: bad prio class %d\n",
4217                                 bdi_dev_name(bfqq->bfqd->queue->backing_dev_info),
4218                                 ioprio_class);
4219                 /* fall through */
4220         case IOPRIO_CLASS_NONE:
4221                 /*
4222                  * No prio set, inherit CPU scheduling settings.
4223                  */
4224                 bfqq->new_ioprio = task_nice_ioprio(tsk);
4225                 bfqq->new_ioprio_class = task_nice_ioclass(tsk);
4226                 break;
4227         case IOPRIO_CLASS_RT:
4228                 bfqq->new_ioprio = IOPRIO_PRIO_DATA(bic->ioprio);
4229                 bfqq->new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_RT;
4230                 break;
4231         case IOPRIO_CLASS_BE:
4232                 bfqq->new_ioprio = IOPRIO_PRIO_DATA(bic->ioprio);
4233                 bfqq->new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_BE;
4234                 break;
4235         case IOPRIO_CLASS_IDLE:
4236                 bfqq->new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_IDLE;
4237                 bfqq->new_ioprio = 7;
4238                 break;
4239         }
4240
4241         if (bfqq->new_ioprio >= IOPRIO_BE_NR) {
4242                 pr_crit("bfq_set_next_ioprio_data: new_ioprio %d\n",
4243                         bfqq->new_ioprio);
4244                 bfqq->new_ioprio = IOPRIO_BE_NR - 1;
4245         }
4246
4247         bfqq->entity.new_weight = bfq_ioprio_to_weight(bfqq->new_ioprio);
4248         bfqq->entity.prio_changed = 1;
4249 }
4250
4251 static struct bfq_queue *bfq_get_queue(struct bfq_data *bfqd,
4252                                        struct bio *bio, bool is_sync,
4253                                        struct bfq_io_cq *bic);
4254
4255 static void bfq_check_ioprio_change(struct bfq_io_cq *bic, struct bio *bio)
4256 {
4257         struct bfq_data *bfqd = bic_to_bfqd(bic);
4258         struct bfq_queue *bfqq;
4259         int ioprio = bic->icq.ioc->ioprio;
4260
4261         /*
4262          * This condition may trigger on a newly created bic, be sure to
4263          * drop the lock before returning.
4264          */
4265         if (unlikely(!bfqd) || likely(bic->ioprio == ioprio))
4266                 return;
4267
4268         bic->ioprio = ioprio;
4269
4270         bfqq = bic_to_bfqq(bic, false);
4271         if (bfqq) {
4272                 /* release process reference on this queue */
4273                 bfq_put_queue(bfqq);
4274                 bfqq = bfq_get_queue(bfqd, bio, BLK_RW_ASYNC, bic);
4275                 bic_set_bfqq(bic, bfqq, false);
4276         }
4277
4278         bfqq = bic_to_bfqq(bic, true);
4279         if (bfqq)
4280                 bfq_set_next_ioprio_data(bfqq, bic);
4281 }
4282
4283 static void bfq_init_bfqq(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
4284                           struct bfq_io_cq *bic, pid_t pid, int is_sync)
4285 {
4286         RB_CLEAR_NODE(&bfqq->entity.rb_node);
4287         INIT_LIST_HEAD(&bfqq->fifo);
4288         INIT_HLIST_NODE(&bfqq->burst_list_node);
4289
4290         bfqq->ref = 0;
4291         bfqq->bfqd = bfqd;
4292
4293         if (bic)
4294                 bfq_set_next_ioprio_data(bfqq, bic);
4295
4296         if (is_sync) {
4297                 /*
4298                  * No need to mark as has_short_ttime if in
4299                  * idle_class, because no device idling is performed
4300                  * for queues in idle class
4301                  */
4302                 if (!bfq_class_idle(bfqq))
4303                         /* tentatively mark as has_short_ttime */
4304                         bfq_mark_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
4305                 bfq_mark_bfqq_sync(bfqq);
4306                 bfq_mark_bfqq_just_created(bfqq);
4307                 /*
4308                  * Aggressively inject a lot of service: up to 90%.
4309                  * This coefficient remains constant during bfqq life,
4310                  * but this behavior might be changed, after enough
4311                  * testing and tuning.
4312                  */
4313                 bfqq->inject_coeff = 1;
4314         } else
4315                 bfq_clear_bfqq_sync(bfqq);
4316
4317         /* set end request to minus infinity from now */
4318         bfqq->ttime.last_end_request = ktime_get_ns() + 1;
4319
4320         bfq_mark_bfqq_IO_bound(bfqq);
4321
4322         bfqq->pid = pid;
4323
4324         /* Tentative initial value to trade off between thr and lat */
4325         bfqq->max_budget = (2 * bfq_max_budget(bfqd)) / 3;
4326         bfqq->budget_timeout = bfq_smallest_from_now();
4327
4328         bfqq->wr_coeff = 1;
4329         bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
4330         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt = bfq_smallest_from_now();
4331         bfqq->split_time = bfq_smallest_from_now();
4332
4333         /*
4334          * To not forget the possibly high bandwidth consumed by a
4335          * process/queue in the recent past,
4336          * bfq_bfqq_softrt_next_start() returns a value at least equal
4337          * to the current value of bfqq->soft_rt_next_start (see
4338          * comments on bfq_bfqq_softrt_next_start).  Set
4339          * soft_rt_next_start to now, to mean that bfqq has consumed
4340          * no bandwidth so far.
4341          */
4342         bfqq->soft_rt_next_start = jiffies;
4343
4344         /* first request is almost certainly seeky */
4345         bfqq->seek_history = 1;
4346 }
4347
4348 static struct bfq_queue **bfq_async_queue_prio(struct bfq_data *bfqd,
4349                                                struct bfq_group *bfqg,
4350                                                int ioprio_class, int ioprio)
4351 {
4352         switch (ioprio_class) {
4353         case IOPRIO_CLASS_RT:
4354                 return &bfqg->async_bfqq[0][ioprio];
4355         case IOPRIO_CLASS_NONE:
4356                 ioprio = IOPRIO_NORM;
4357                 /* fall through */
4358         case IOPRIO_CLASS_BE:
4359                 return &bfqg->async_bfqq[1][ioprio];
4360         case IOPRIO_CLASS_IDLE:
4361                 return &bfqg->async_idle_bfqq;
4362         default:
4363                 return NULL;
4364         }
4365 }
4366
4367 static struct bfq_queue *bfq_get_queue(struct bfq_data *bfqd,
4368                                        struct bio *bio, bool is_sync,
4369                                        struct bfq_io_cq *bic)
4370 {
4371         const int ioprio = IOPRIO_PRIO_DATA(bic->ioprio);
4372         const int ioprio_class = IOPRIO_PRIO_CLASS(bic->ioprio);
4373         struct bfq_queue **async_bfqq = NULL;
4374         struct bfq_queue *bfqq;
4375         struct bfq_group *bfqg;
4376
4377         rcu_read_lock();
4378
4379         bfqg = bfq_find_set_group(bfqd, bio_blkcg(bio));
4380         if (!bfqg) {
4381                 bfqq = &bfqd->oom_bfqq;
4382                 goto out;
4383         }
4384
4385         if (!is_sync) {
4386                 async_bfqq = bfq_async_queue_prio(bfqd, bfqg, ioprio_class,
4387                                                   ioprio);
4388                 bfqq = *async_bfqq;
4389                 if (bfqq)
4390                         goto out;
4391         }
4392
4393         bfqq = kmem_cache_alloc_node(bfq_pool,
4394                                      GFP_NOWAIT | __GFP_ZERO | __GFP_NOWARN,
4395                                      bfqd->queue->node);
4396
4397         if (bfqq) {
4398                 bfq_init_bfqq(bfqd, bfqq, bic, current->pid,
4399                               is_sync);
4400                 bfq_init_entity(&bfqq->entity, bfqg);
4401                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "allocated");
4402         } else {
4403                 bfqq = &bfqd->oom_bfqq;
4404                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "using oom bfqq");
4405                 goto out;
4406         }
4407
4408         /*
4409          * Pin the queue now that it's allocated, scheduler exit will
4410          * prune it.
4411          */
4412         if (async_bfqq) {
4413                 bfqq->ref++; /*
4414                               * Extra group reference, w.r.t. sync
4415                               * queue. This extra reference is removed
4416                               * only if bfqq->bfqg disappears, to
4417                               * guarantee that this queue is not freed
4418                               * until its group goes away.
4419                               */
4420                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "get_queue, bfqq not in async: %p, %d",
4421                              bfqq, bfqq->ref);
4422                 *async_bfqq = bfqq;
4423         }
4424
4425 out:
4426         bfqq->ref++; /* get a process reference to this queue */
4427         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "get_queue, at end: %p, %d", bfqq, bfqq->ref);
4428         rcu_read_unlock();
4429         return bfqq;
4430 }
4431
4432 static void bfq_update_io_thinktime(struct bfq_data *bfqd,
4433                                     struct bfq_queue *bfqq)
4434 {
4435         struct bfq_ttime *ttime = &bfqq->ttime;
4436         u64 elapsed = ktime_get_ns() - bfqq->ttime.last_end_request;
4437
4438         elapsed = min_t(u64, elapsed, 2ULL * bfqd->bfq_slice_idle);
4439
4440         ttime->ttime_samples = (7*bfqq->ttime.ttime_samples + 256) / 8;
4441         ttime->ttime_total = div_u64(7*ttime->ttime_total + 256*elapsed,  8);
4442         ttime->ttime_mean = div64_ul(ttime->ttime_total + 128,
4443                                      ttime->ttime_samples);
4444 }
4445
4446 static void
4447 bfq_update_io_seektime(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
4448                        struct request *rq)
4449 {
4450         bfqq->seek_history <<= 1;
4451         bfqq->seek_history |=
4452                 get_sdist(bfqq->last_request_pos, rq) > BFQQ_SEEK_THR &&
4453                 (!blk_queue_nonrot(bfqd->queue) ||
4454                  blk_rq_sectors(rq) < BFQQ_SECT_THR_NONROT);
4455 }
4456
4457 static void bfq_update_has_short_ttime(struct bfq_data *bfqd,
4458                                        struct bfq_queue *bfqq,
4459                                        struct bfq_io_cq *bic)
4460 {
4461         bool has_short_ttime = true;
4462
4463         /*
4464          * No need to update has_short_ttime if bfqq is async or in
4465          * idle io prio class, or if bfq_slice_idle is zero, because
4466          * no device idling is performed for bfqq in this case.
4467          */
4468         if (!bfq_bfqq_sync(bfqq) || bfq_class_idle(bfqq) ||
4469             bfqd->bfq_slice_idle == 0)
4470                 return;
4471
4472         /* Idle window just restored, statistics are meaningless. */
4473         if (time_is_after_eq_jiffies(bfqq->split_time +
4474                                      bfqd->bfq_wr_min_idle_time))
4475                 return;
4476
4477         /* Think time is infinite if no process is linked to
4478          * bfqq. Otherwise check average think time to
4479          * decide whether to mark as has_short_ttime
4480          */
4481         if (atomic_read(&bic->icq.ioc->active_ref) == 0 ||
4482             (bfq_sample_valid(bfqq->ttime.ttime_samples) &&
4483              bfqq->ttime.ttime_mean > bfqd->bfq_slice_idle))
4484                 has_short_ttime = false;
4485
4486         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "update_has_short_ttime: has_short_ttime %d",
4487                      has_short_ttime);
4488
4489         if (has_short_ttime)
4490                 bfq_mark_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
4491         else
4492                 bfq_clear_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
4493 }
4494
4495 /*
4496  * Called when a new fs request (rq) is added to bfqq.  Check if there's
4497  * something we should do about it.
4498  */
4499 static void bfq_rq_enqueued(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
4500                             struct request *rq)
4501 {
4502         struct bfq_io_cq *bic = RQ_BIC(rq);
4503
4504         if (rq->cmd_flags & REQ_META)
4505                 bfqq->meta_pending++;
4506
4507         bfq_update_io_thinktime(bfqd, bfqq);
4508         bfq_update_has_short_ttime(bfqd, bfqq, bic);
4509         bfq_update_io_seektime(bfqd, bfqq, rq);
4510
4511         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq,
4512                      "rq_enqueued: has_short_ttime=%d (seeky %d)",
4513                      bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq), BFQQ_SEEKY(bfqq));
4514
4515         bfqq->last_request_pos = blk_rq_pos(rq) + blk_rq_sectors(rq);
4516
4517         if (bfqq == bfqd->in_service_queue && bfq_bfqq_wait_request(bfqq)) {
4518                 bool small_req = bfqq->queued[rq_is_sync(rq)] == 1 &&
4519                                  blk_rq_sectors(rq) < 32;
4520                 bool budget_timeout = bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq);
4521
4522                 /*
4523                  * There is just this request queued: if the request
4524                  * is small and the queue is not to be expired, then
4525                  * just exit.
4526                  *
4527                  * In this way, if the device is being idled to wait
4528                  * for a new request from the in-service queue, we
4529                  * avoid unplugging the device and committing the
4530                  * device to serve just a small request. On the
4531                  * contrary, we wait for the block layer to decide
4532                  * when to unplug the device: hopefully, new requests
4533                  * will be merged to this one quickly, then the device
4534                  * will be unplugged and larger requests will be
4535                  * dispatched.
4536                  */
4537                 if (small_req && !budget_timeout)
4538                         return;
4539
4540                 /*
4541                  * A large enough request arrived, or the queue is to
4542                  * be expired: in both cases disk idling is to be
4543                  * stopped, so clear wait_request flag and reset
4544                  * timer.
4545                  */
4546                 bfq_clear_bfqq_wait_request(bfqq);
4547                 hrtimer_try_to_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
4548
4549                 /*
4550                  * The queue is not empty, because a new request just
4551                  * arrived. Hence we can safely expire the queue, in
4552                  * case of budget timeout, without risking that the
4553                  * timestamps of the queue are not updated correctly.
4554                  * See [1] for more details.
4555                  */
4556                 if (budget_timeout)
4557                         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false,
4558                                         BFQQE_BUDGET_TIMEOUT);
4559         }
4560 }
4561
4562 /* returns true if it causes the idle timer to be disabled */
4563 static bool __bfq_insert_request(struct bfq_data *bfqd, struct request *rq)
4564 {
4565         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq),
4566                 *new_bfqq = bfq_setup_cooperator(bfqd, bfqq, rq, true);
4567         bool waiting, idle_timer_disabled = false;
4568
4569         if (new_bfqq) {
4570                 if (bic_to_bfqq(RQ_BIC(rq), 1) != bfqq)
4571                         new_bfqq = bic_to_bfqq(RQ_BIC(rq), 1);
4572                 /*
4573                  * Release the request's reference to the old bfqq
4574                  * and make sure one is taken to the shared queue.
4575                  */
4576                 new_bfqq->allocated++;
4577                 bfqq->allocated--;
4578                 new_bfqq->ref++;
4579                 /*
4580                  * If the bic associated with the process
4581                  * issuing this request still points to bfqq
4582                  * (and thus has not been already redirected
4583                  * to new_bfqq or even some other bfq_queue),
4584                  * then complete the merge and redirect it to
4585                  * new_bfqq.
4586                  */
4587                 if (bic_to_bfqq(RQ_BIC(rq), 1) == bfqq)
4588                         bfq_merge_bfqqs(bfqd, RQ_BIC(rq),
4589                                         bfqq, new_bfqq);
4590
4591                 bfq_clear_bfqq_just_created(bfqq);
4592                 /*
4593                  * rq is about to be enqueued into new_bfqq,
4594                  * release rq reference on bfqq
4595                  */
4596                 bfq_put_queue(bfqq);
4597                 rq->elv.priv[1] = new_bfqq;
4598                 bfqq = new_bfqq;
4599         }
4600
4601         waiting = bfqq && bfq_bfqq_wait_request(bfqq);
4602         bfq_add_request(rq);
4603         idle_timer_disabled = waiting && !bfq_bfqq_wait_request(bfqq);
4604
4605         rq->fifo_time = ktime_get_ns() + bfqd->bfq_fifo_expire[rq_is_sync(rq)];
4606         list_add_tail(&rq->queuelist, &bfqq->fifo);
4607
4608         bfq_rq_enqueued(bfqd, bfqq, rq);
4609
4610         return idle_timer_disabled;
4611 }
4612
4613 #if defined(CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED) && defined(CONFIG_DEBUG_BLK_CGROUP)
4614 static void bfq_update_insert_stats(struct request_queue *q,
4615                                     struct bfq_queue *bfqq,
4616                                     bool idle_timer_disabled,
4617                                     unsigned int cmd_flags)
4618 {
4619         if (!bfqq)
4620                 return;
4621
4622         /*
4623          * bfqq still exists, because it can disappear only after
4624          * either it is merged with another queue, or the process it
4625          * is associated with exits. But both actions must be taken by
4626          * the same process currently executing this flow of
4627          * instructions.
4628          *
4629          * In addition, the following queue lock guarantees that
4630          * bfqq_group(bfqq) exists as well.
4631          */
4632         spin_lock_irq(q->queue_lock);
4633         bfqg_stats_update_io_add(bfqq_group(bfqq), bfqq, cmd_flags);
4634         if (idle_timer_disabled)
4635                 bfqg_stats_update_idle_time(bfqq_group(bfqq));
4636         spin_unlock_irq(q->queue_lock);
4637 }
4638 #else
4639 static inline void bfq_update_insert_stats(struct request_queue *q,
4640                                            struct bfq_queue *bfqq,
4641                                            bool idle_timer_disabled,
4642                                            unsigned int cmd_flags) {}
4643 #endif
4644
4645 static void bfq_insert_request(struct blk_mq_hw_ctx *hctx, struct request *rq,
4646                                bool at_head)
4647 {
4648         struct request_queue *q = hctx->queue;
4649         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
4650         struct bfq_queue *bfqq;
4651         bool idle_timer_disabled = false;
4652         unsigned int cmd_flags;
4653
4654         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
4655         if (blk_mq_sched_try_insert_merge(q, rq)) {
4656                 spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
4657                 return;
4658         }
4659
4660         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
4661
4662         blk_mq_sched_request_inserted(rq);
4663
4664         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
4665         bfqq = bfq_init_rq(rq);
4666         if (!bfqq || at_head || blk_rq_is_passthrough(rq)) {
4667                 if (at_head)
4668                         list_add(&rq->queuelist, &bfqd->dispatch);
4669                 else
4670                         list_add_tail(&rq->queuelist, &bfqd->dispatch);
4671         } else {
4672                 idle_timer_disabled = __bfq_insert_request(bfqd, rq);
4673                 /*
4674                  * Update bfqq, because, if a queue merge has occurred
4675                  * in __bfq_insert_request, then rq has been
4676                  * redirected into a new queue.
4677                  */
4678                 bfqq = RQ_BFQQ(rq);
4679
4680                 if (rq_mergeable(rq)) {
4681                         elv_rqhash_add(q, rq);
4682                         if (!q->last_merge)
4683                                 q->last_merge = rq;
4684                 }
4685         }
4686
4687         /*
4688          * Cache cmd_flags before releasing scheduler lock, because rq
4689          * may disappear afterwards (for example, because of a request
4690          * merge).
4691          */
4692         cmd_flags = rq->cmd_flags;
4693
4694         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
4695
4696         bfq_update_insert_stats(q, bfqq, idle_timer_disabled,
4697                                 cmd_flags);
4698 }
4699
4700 static void bfq_insert_requests(struct blk_mq_hw_ctx *hctx,
4701                                 struct list_head *list, bool at_head)
4702 {
4703         while (!list_empty(list)) {
4704                 struct request *rq;
4705
4706                 rq = list_first_entry(list, struct request, queuelist);
4707                 list_del_init(&rq->queuelist);
4708                 bfq_insert_request(hctx, rq, at_head);
4709         }
4710 }
4711
4712 static void bfq_update_hw_tag(struct bfq_data *bfqd)
4713 {
4714         bfqd->max_rq_in_driver = max_t(int, bfqd->max_rq_in_driver,
4715                                        bfqd->rq_in_driver);
4716
4717         if (bfqd->hw_tag == 1)
4718                 return;
4719
4720         /*
4721          * This sample is valid if the number of outstanding requests
4722          * is large enough to allow a queueing behavior.  Note that the
4723          * sum is not exact, as it's not taking into account deactivated
4724          * requests.
4725          */
4726         if (bfqd->rq_in_driver + bfqd->queued < BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD)
4727                 return;
4728
4729         if (bfqd->hw_tag_samples++ < BFQ_HW_QUEUE_SAMPLES)
4730                 return;
4731
4732         bfqd->hw_tag = bfqd->max_rq_in_driver > BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD;
4733         bfqd->max_rq_in_driver = 0;
4734         bfqd->hw_tag_samples = 0;
4735 }
4736
4737 static void bfq_completed_request(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_data *bfqd)
4738 {
4739         u64 now_ns;
4740         u32 delta_us;
4741
4742         bfq_update_hw_tag(bfqd);
4743
4744         bfqd->rq_in_driver--;
4745         bfqq->dispatched--;
4746
4747         if (!bfqq->dispatched && !bfq_bfqq_busy(bfqq)) {
4748                 /*
4749                  * Set budget_timeout (which we overload to store the
4750                  * time at which the queue remains with no backlog and
4751                  * no outstanding request; used by the weight-raising
4752                  * mechanism).
4753                  */
4754                 bfqq->budget_timeout = jiffies;
4755
4756                 bfq_weights_tree_remove(bfqd, bfqq);
4757         }
4758
4759         now_ns = ktime_get_ns();
4760
4761         bfqq->ttime.last_end_request = now_ns;
4762
4763         /*
4764          * Using us instead of ns, to get a reasonable precision in
4765          * computing rate in next check.
4766          */
4767         delta_us = div_u64(now_ns - bfqd->last_completion, NSEC_PER_USEC);
4768
4769         /*
4770          * If the request took rather long to complete, and, according
4771          * to the maximum request size recorded, this completion latency
4772          * implies that the request was certainly served at a very low
4773          * rate (less than 1M sectors/sec), then the whole observation
4774          * interval that lasts up to this time instant cannot be a
4775          * valid time interval for computing a new peak rate.  Invoke
4776          * bfq_update_rate_reset to have the following three steps
4777          * taken:
4778          * - close the observation interval at the last (previous)
4779          *   request dispatch or completion
4780          * - compute rate, if possible, for that observation interval
4781          * - reset to zero samples, which will trigger a proper
4782          *   re-initialization of the observation interval on next
4783          *   dispatch
4784          */
4785         if (delta_us > BFQ_MIN_TT/NSEC_PER_USEC &&
4786            (bfqd->last_rq_max_size<<BFQ_RATE_SHIFT)/delta_us <
4787                         1UL<<(BFQ_RATE_SHIFT - 10))
4788                 bfq_update_rate_reset(bfqd, NULL);
4789         bfqd->last_completion = now_ns;
4790
4791         /*
4792          * If we are waiting to discover whether the request pattern
4793          * of the task associated with the queue is actually
4794          * isochronous, and both requisites for this condition to hold
4795          * are now satisfied, then compute soft_rt_next_start (see the
4796          * comments on the function bfq_bfqq_softrt_next_start()). We
4797          * schedule this delayed check when bfqq expires, if it still
4798          * has in-flight requests.
4799          */
4800         if (bfq_bfqq_softrt_update(bfqq) && bfqq->dispatched == 0 &&
4801             RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list))
4802                 bfqq->soft_rt_next_start =
4803                         bfq_bfqq_softrt_next_start(bfqd, bfqq);
4804
4805         /*
4806          * If this is the in-service queue, check if it needs to be expired,
4807          * or if we want to idle in case it has no pending requests.
4808          */
4809         if (bfqd->in_service_queue == bfqq) {
4810                 if (bfq_bfqq_must_idle(bfqq)) {
4811                         if (bfqq->dispatched == 0)
4812                                 bfq_arm_slice_timer(bfqd);
4813                         /*
4814                          * If we get here, we do not expire bfqq, even
4815                          * if bfqq was in budget timeout or had no
4816                          * more requests (as controlled in the next
4817                          * conditional instructions). The reason for
4818                          * not expiring bfqq is as follows.
4819                          *
4820                          * Here bfqq->dispatched > 0 holds, but
4821                          * bfq_bfqq_must_idle() returned true. This
4822                          * implies that, even if no request arrives
4823                          * for bfqq before bfqq->dispatched reaches 0,
4824                          * bfqq will, however, not be expired on the
4825                          * completion event that causes bfqq->dispatch
4826                          * to reach zero. In contrast, on this event,
4827                          * bfqq will start enjoying device idling
4828                          * (I/O-dispatch plugging).
4829                          *
4830                          * But, if we expired bfqq here, bfqq would
4831                          * not have the chance to enjoy device idling
4832                          * when bfqq->dispatched finally reaches
4833                          * zero. This would expose bfqq to violation
4834                          * of its reserved service guarantees.
4835                          */
4836                         return;
4837                 } else if (bfq_may_expire_for_budg_timeout(bfqq))
4838                         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false,
4839                                         BFQQE_BUDGET_TIMEOUT);
4840                 else if (RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) &&
4841                          (bfqq->dispatched == 0 ||
4842                           !bfq_better_to_idle(bfqq)))
4843                         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false,
4844                                         BFQQE_NO_MORE_REQUESTS);
4845         }
4846
4847         if (!bfqd->rq_in_driver)
4848                 bfq_schedule_dispatch(bfqd);
4849 }
4850
4851 static void bfq_finish_requeue_request_body(struct bfq_queue *bfqq)
4852 {
4853         bfqq->allocated--;
4854
4855         bfq_put_queue(bfqq);
4856 }
4857
4858 /*
4859  * Handle either a requeue or a finish for rq. The things to do are
4860  * the same in both cases: all references to rq are to be dropped. In
4861  * particular, rq is considered completed from the point of view of
4862  * the scheduler.
4863  */
4864 static void bfq_finish_requeue_request(struct request *rq)
4865 {
4866         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
4867         struct bfq_data *bfqd;
4868
4869         /*
4870          * Requeue and finish hooks are invoked in blk-mq without
4871          * checking whether the involved request is actually still
4872          * referenced in the scheduler. To handle this fact, the
4873          * following two checks make this function exit in case of
4874          * spurious invocations, for which there is nothing to do.
4875          *
4876          * First, check whether rq has nothing to do with an elevator.
4877          */
4878         if (unlikely(!(rq->rq_flags & RQF_ELVPRIV)))
4879                 return;
4880
4881         /*
4882          * rq either is not associated with any icq, or is an already
4883          * requeued request that has not (yet) been re-inserted into
4884          * a bfq_queue.
4885          */
4886         if (!rq->elv.icq || !bfqq)
4887                 return;
4888
4889         bfqd = bfqq->bfqd;
4890
4891         if (rq->rq_flags & RQF_STARTED)
4892                 bfqg_stats_update_completion(bfqq_group(bfqq),
4893                                              rq->start_time_ns,
4894                                              rq->io_start_time_ns,
4895                                              rq->cmd_flags);
4896
4897         if (likely(rq->rq_flags & RQF_STARTED)) {
4898                 unsigned long flags;
4899
4900                 spin_lock_irqsave(&bfqd->lock, flags);
4901
4902                 bfq_completed_request(bfqq, bfqd);
4903                 bfq_finish_requeue_request_body(bfqq);
4904
4905                 spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
4906         } else {
4907                 /*
4908                  * Request rq may be still/already in the scheduler,
4909                  * in which case we need to remove it (this should
4910                  * never happen in case of requeue). And we cannot
4911                  * defer such a check and removal, to avoid
4912                  * inconsistencies in the time interval from the end
4913                  * of this function to the start of the deferred work.
4914                  * This situation seems to occur only in process
4915                  * context, as a consequence of a merge. In the
4916                  * current version of the code, this implies that the
4917                  * lock is held.
4918                  */
4919
4920                 if (!RB_EMPTY_NODE(&rq->rb_node)) {
4921                         bfq_remove_request(rq->q, rq);
4922                         bfqg_stats_update_io_remove(bfqq_group(bfqq),
4923                                                     rq->cmd_flags);
4924                 }
4925                 bfq_finish_requeue_request_body(bfqq);
4926         }
4927
4928         /*
4929          * Reset private fields. In case of a requeue, this allows
4930          * this function to correctly do nothing if it is spuriously
4931          * invoked again on this same request (see the check at the
4932          * beginning of the function). Probably, a better general
4933          * design would be to prevent blk-mq from invoking the requeue
4934          * or finish hooks of an elevator, for a request that is not
4935          * referred by that elevator.
4936          *
4937          * Resetting the following fields would break the
4938          * request-insertion logic if rq is re-inserted into a bfq
4939          * internal queue, without a re-preparation. Here we assume
4940          * that re-insertions of requeued requests, without
4941          * re-preparation, can happen only for pass_through or at_head
4942          * requests (which are not re-inserted into bfq internal
4943          * queues).
4944          */
4945         rq->elv.priv[0] = NULL;
4946         rq->elv.priv[1] = NULL;
4947 }
4948
4949 /*
4950  * Returns NULL if a new bfqq should be allocated, or the old bfqq if this
4951  * was the last process referring to that bfqq.
4952  */
4953 static struct bfq_queue *
4954 bfq_split_bfqq(struct bfq_io_cq *bic, struct bfq_queue *bfqq)
4955 {
4956         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "splitting queue");
4957
4958         if (bfqq_process_refs(bfqq) == 1) {
4959                 bfqq->pid = current->pid;
4960                 bfq_clear_bfqq_coop(bfqq);
4961                 bfq_clear_bfqq_split_coop(bfqq);
4962                 return bfqq;
4963         }
4964
4965         bic_set_bfqq(bic, NULL, 1);
4966
4967         bfq_put_cooperator(bfqq);
4968
4969         bfq_put_queue(bfqq);
4970         return NULL;
4971 }
4972
4973 static struct bfq_queue *bfq_get_bfqq_handle_split(struct bfq_data *bfqd,
4974                                                    struct bfq_io_cq *bic,
4975                                                    struct bio *bio,
4976                                                    bool split, bool is_sync,
4977                                                    bool *new_queue)
4978 {
4979         struct bfq_queue *bfqq = bic_to_bfqq(bic, is_sync);
4980
4981         if (likely(bfqq && bfqq != &bfqd->oom_bfqq))
4982                 return bfqq;
4983
4984         if (new_queue)
4985                 *new_queue = true;
4986
4987         if (bfqq)
4988                 bfq_put_queue(bfqq);
4989         bfqq = bfq_get_queue(bfqd, bio, is_sync, bic);
4990
4991         bic_set_bfqq(bic, bfqq, is_sync);
4992         if (split && is_sync) {
4993                 if ((bic->was_in_burst_list && bfqd->large_burst) ||
4994                     bic->saved_in_large_burst)
4995                         bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq);
4996                 else {
4997                         bfq_clear_bfqq_in_large_burst(bfqq);
4998                         if (bic->was_in_burst_list)
4999                                 /*
5000                                  * If bfqq was in the current
5001                                  * burst list before being
5002                                  * merged, then we have to add
5003                                  * it back. And we do not need
5004                                  * to increase burst_size, as
5005                                  * we did not decrement
5006                                  * burst_size when we removed
5007                                  * bfqq from the burst list as
5008                                  * a consequence of a merge
5009                                  * (see comments in
5010                                  * bfq_put_queue). In this
5011                                  * respect, it would be rather
5012                                  * costly to know whether the
5013                                  * current burst list is still
5014                                  * the same burst list from
5015                                  * which bfqq was removed on
5016                                  * the merge. To avoid this
5017                                  * cost, if bfqq was in a
5018                                  * burst list, then we add
5019                                  * bfqq to the current burst
5020                                  * list without any further
5021                                  * check. This can cause
5022                                  * inappropriate insertions,
5023                                  * but rarely enough to not
5024                                  * harm the detection of large
5025                                  * bursts significantly.
5026                                  */
5027                                 hlist_add_head(&bfqq->burst_list_node,
5028                                                &bfqd->burst_list);
5029                 }
5030                 bfqq->split_time = jiffies;
5031         }
5032
5033         return bfqq;
5034 }
5035
5036 /*
5037  * Only reset private fields. The actual request preparation will be
5038  * performed by bfq_init_rq, when rq is either inserted or merged. See
5039  * comments on bfq_init_rq for the reason behind this delayed
5040  * preparation.
5041  */
5042 static void bfq_prepare_request(struct request *rq, struct bio *bio)
5043 {
5044         /*
5045          * Regardless of whether we have an icq attached, we have to
5046          * clear the scheduler pointers, as they might point to
5047          * previously allocated bic/bfqq structs.
5048          */
5049         rq->elv.priv[0] = rq->elv.priv[1] = NULL;
5050 }
5051
5052 /*
5053  * If needed, init rq, allocate bfq data structures associated with
5054  * rq, and increment reference counters in the destination bfq_queue
5055  * for rq. Return the destination bfq_queue for rq, or NULL is rq is
5056  * not associated with any bfq_queue.
5057  *
5058  * This function is invoked by the functions that perform rq insertion
5059  * or merging. One may have expected the above preparation operations
5060  * to be performed in bfq_prepare_request, and not delayed to when rq
5061  * is inserted or merged. The rationale behind this delayed
5062  * preparation is that, after the prepare_request hook is invoked for
5063  * rq, rq may still be transformed into a request with no icq, i.e., a
5064  * request not associated with any queue. No bfq hook is invoked to
5065  * signal this tranformation. As a consequence, should these
5066  * preparation operations be performed when the prepare_request hook
5067  * is invoked, and should rq be transformed one moment later, bfq
5068  * would end up in an inconsistent state, because it would have
5069  * incremented some queue counters for an rq destined to
5070  * transformation, without any chance to correctly lower these
5071  * counters back. In contrast, no transformation can still happen for
5072  * rq after rq has been inserted or merged. So, it is safe to execute
5073  * these preparation operations when rq is finally inserted or merged.
5074  */
5075 static struct bfq_queue *bfq_init_rq(struct request *rq)
5076 {
5077         struct request_queue *q = rq->q;
5078         struct bio *bio = rq->bio;
5079         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
5080         struct bfq_io_cq *bic;
5081         const int is_sync = rq_is_sync(rq);
5082         struct bfq_queue *bfqq;
5083         bool new_queue = false;
5084         bool bfqq_already_existing = false, split = false;
5085
5086         if (unlikely(!rq->elv.icq))
5087                 return NULL;
5088
5089         /*
5090          * Assuming that elv.priv[1] is set only if everything is set
5091          * for this rq. This holds true, because this function is
5092          * invoked only for insertion or merging, and, after such
5093          * events, a request cannot be manipulated any longer before
5094          * being removed from bfq.
5095          */
5096         if (rq->elv.priv[1])
5097                 return rq->elv.priv[1];
5098
5099         bic = icq_to_bic(rq->elv.icq);
5100
5101         bfq_check_ioprio_change(bic, bio);
5102
5103         bfq_bic_update_cgroup(bic, bio);
5104
5105         bfqq = bfq_get_bfqq_handle_split(bfqd, bic, bio, false, is_sync,
5106                                          &new_queue);
5107
5108         if (likely(!new_queue)) {
5109                 /* If the queue was seeky for too long, break it apart. */
5110                 if (bfq_bfqq_coop(bfqq) && bfq_bfqq_split_coop(bfqq)) {
5111                         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "breaking apart bfqq");
5112
5113                         /* Update bic before losing reference to bfqq */
5114                         if (bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq))
5115                                 bic->saved_in_large_burst = true;
5116
5117                         bfqq = bfq_split_bfqq(bic, bfqq);
5118                         split = true;
5119
5120                         if (!bfqq)
5121                                 bfqq = bfq_get_bfqq_handle_split(bfqd, bic, bio,
5122                                                                  true, is_sync,
5123                                                                  NULL);
5124                         else
5125                                 bfqq_already_existing = true;
5126                 }
5127         }
5128
5129         bfqq->allocated++;
5130         bfqq->ref++;
5131         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "get_request %p: bfqq %p, %d",
5132                      rq, bfqq, bfqq->ref);
5133
5134         rq->elv.priv[0] = bic;
5135         rq->elv.priv[1] = bfqq;
5136
5137         /*
5138          * If a bfq_queue has only one process reference, it is owned
5139          * by only this bic: we can then set bfqq->bic = bic. in
5140          * addition, if the queue has also just been split, we have to
5141          * resume its state.
5142          */
5143         if (likely(bfqq != &bfqd->oom_bfqq) && bfqq_process_refs(bfqq) == 1) {
5144                 bfqq->bic = bic;
5145                 if (split) {
5146                         /*
5147                          * The queue has just been split from a shared
5148                          * queue: restore the idle window and the
5149                          * possible weight raising period.
5150                          */
5151                         bfq_bfqq_resume_state(bfqq, bfqd, bic,
5152                                               bfqq_already_existing);
5153                 }
5154         }
5155
5156         if (unlikely(bfq_bfqq_just_created(bfqq)))
5157                 bfq_handle_burst(bfqd, bfqq);
5158
5159         return bfqq;
5160 }
5161
5162 static void
5163 bfq_idle_slice_timer_body(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
5164 {
5165         enum bfqq_expiration reason;
5166         unsigned long flags;
5167
5168         spin_lock_irqsave(&bfqd->lock, flags);
5169
5170         /*
5171          * Considering that bfqq may be in race, we should firstly check
5172          * whether bfqq is in service before doing something on it. If
5173          * the bfqq in race is not in service, it has already been expired
5174          * through __bfq_bfqq_expire func and its wait_request flags has
5175          * been cleared in __bfq_bfqd_reset_in_service func.
5176          */
5177         if (bfqq != bfqd->in_service_queue) {
5178                 spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
5179                 return;
5180         }
5181
5182         bfq_clear_bfqq_wait_request(bfqq);
5183
5184         if (bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq))
5185                 /*
5186                  * Also here the queue can be safely expired
5187                  * for budget timeout without wasting
5188                  * guarantees
5189                  */
5190                 reason = BFQQE_BUDGET_TIMEOUT;
5191         else if (bfqq->queued[0] == 0 && bfqq->queued[1] == 0)
5192                 /*
5193                  * The queue may not be empty upon timer expiration,
5194                  * because we may not disable the timer when the
5195                  * first request of the in-service queue arrives
5196                  * during disk idling.
5197                  */
5198                 reason = BFQQE_TOO_IDLE;
5199         else
5200                 goto schedule_dispatch;
5201
5202         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, true, reason);
5203
5204 schedule_dispatch:
5205         spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
5206         bfq_schedule_dispatch(bfqd);
5207 }
5208
5209 /*
5210  * Handler of the expiration of the timer running if the in-service queue
5211  * is idling inside its time slice.
5212  */
5213 static enum hrtimer_restart bfq_idle_slice_timer(struct hrtimer *timer)
5214 {
5215         struct bfq_data *bfqd = container_of(timer, struct bfq_data,
5216                                              idle_slice_timer);
5217         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->in_service_queue;
5218
5219         /*
5220          * Theoretical race here: the in-service queue can be NULL or
5221          * different from the queue that was idling if a new request
5222          * arrives for the current queue and there is a full dispatch
5223          * cycle that changes the in-service queue.  This can hardly
5224          * happen, but in the worst case we just expire a queue too
5225          * early.
5226          */
5227         if (bfqq)
5228                 bfq_idle_slice_timer_body(bfqd, bfqq);
5229
5230         return HRTIMER_NORESTART;
5231 }
5232
5233 static void __bfq_put_async_bfqq(struct bfq_data *bfqd,
5234                                  struct bfq_queue **bfqq_ptr)
5235 {
5236         struct bfq_queue *bfqq = *bfqq_ptr;
5237
5238         bfq_log(bfqd, "put_async_bfqq: %p", bfqq);
5239         if (bfqq) {
5240                 bfq_bfqq_move(bfqd, bfqq, bfqd->root_group);
5241
5242                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "put_async_bfqq: putting %p, %d",
5243                              bfqq, bfqq->ref);
5244                 bfq_put_queue(bfqq);
5245                 *bfqq_ptr = NULL;
5246         }
5247 }
5248
5249 /*
5250  * Release all the bfqg references to its async queues.  If we are
5251  * deallocating the group these queues may still contain requests, so
5252  * we reparent them to the root cgroup (i.e., the only one that will
5253  * exist for sure until all the requests on a device are gone).
5254  */
5255 void bfq_put_async_queues(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_group *bfqg)
5256 {
5257         int i, j;
5258
5259         for (i = 0; i < 2; i++)
5260                 for (j = 0; j < IOPRIO_BE_NR; j++)
5261                         __bfq_put_async_bfqq(bfqd, &bfqg->async_bfqq[i][j]);
5262
5263         __bfq_put_async_bfqq(bfqd, &bfqg->async_idle_bfqq);
5264 }
5265
5266 /*
5267  * See the comments on bfq_limit_depth for the purpose of
5268  * the depths set in the function. Return minimum shallow depth we'll use.
5269  */
5270 static unsigned int bfq_update_depths(struct bfq_data *bfqd,
5271                                       struct sbitmap_queue *bt)
5272 {
5273         unsigned int i, j, min_shallow = UINT_MAX;
5274
5275         /*
5276          * In-word depths if no bfq_queue is being weight-raised:
5277          * leaving 25% of tags only for sync reads.
5278          *
5279          * In next formulas, right-shift the value
5280          * (1U<<bt->sb.shift), instead of computing directly
5281          * (1U<<(bt->sb.shift - something)), to be robust against
5282          * any possible value of bt->sb.shift, without having to
5283          * limit 'something'.
5284          */
5285         /* no more than 50% of tags for async I/O */
5286         bfqd->word_depths[0][0] = max((1U << bt->sb.shift) >> 1, 1U);
5287         /*
5288          * no more than 75% of tags for sync writes (25% extra tags
5289          * w.r.t. async I/O, to prevent async I/O from starving sync
5290          * writes)
5291          */
5292         bfqd->word_depths[0][1] = max(((1U << bt->sb.shift) * 3) >> 2, 1U);
5293
5294         /*
5295          * In-word depths in case some bfq_queue is being weight-
5296          * raised: leaving ~63% of tags for sync reads. This is the
5297          * highest percentage for which, in our tests, application
5298          * start-up times didn't suffer from any regression due to tag
5299          * shortage.
5300          */
5301         /* no more than ~18% of tags for async I/O */
5302         bfqd->word_depths[1][0] = max(((1U << bt->sb.shift) * 3) >> 4, 1U);
5303         /* no more than ~37% of tags for sync writes (~20% extra tags) */
5304         bfqd->word_depths[1][1] = max(((1U << bt->sb.shift) * 6) >> 4, 1U);
5305
5306         for (i = 0; i < 2; i++)
5307                 for (j = 0; j < 2; j++)
5308                         min_shallow = min(min_shallow, bfqd->word_depths[i][j]);
5309
5310         return min_shallow;
5311 }
5312
5313 static void bfq_depth_updated(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
5314 {
5315         struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
5316         struct blk_mq_tags *tags = hctx->sched_tags;
5317         unsigned int min_shallow;
5318
5319         min_shallow = bfq_update_depths(bfqd, &tags->bitmap_tags);
5320         sbitmap_queue_min_shallow_depth(&tags->bitmap_tags, min_shallow);
5321 }
5322
5323 static int bfq_init_hctx(struct blk_mq_hw_ctx *hctx, unsigned int index)
5324 {
5325         bfq_depth_updated(hctx);
5326         return 0;
5327 }
5328
5329 static void bfq_exit_queue(struct elevator_queue *e)
5330 {
5331         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
5332         struct bfq_queue *bfqq, *n;
5333
5334         hrtimer_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
5335
5336         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
5337         list_for_each_entry_safe(bfqq, n, &bfqd->idle_list, bfqq_list)
5338                 bfq_deactivate_bfqq(bfqd, bfqq, false, false);
5339         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
5340
5341         hrtimer_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
5342
5343 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
5344         /* release oom-queue reference to root group */
5345         bfqg_and_blkg_put(bfqd->root_group);
5346
5347         blkcg_deactivate_policy(bfqd->queue, &blkcg_policy_bfq);
5348 #else
5349         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
5350         bfq_put_async_queues(bfqd, bfqd->root_group);
5351         kfree(bfqd->root_group);
5352         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
5353 #endif
5354
5355         kfree(bfqd);
5356 }
5357
5358 static void bfq_init_root_group(struct bfq_group *root_group,
5359                                 struct bfq_data *bfqd)
5360 {
5361         int i;
5362
5363 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
5364         root_group->entity.parent = NULL;
5365         root_group->my_entity = NULL;
5366         root_group->bfqd = bfqd;
5367 #endif
5368         root_group->rq_pos_tree = RB_ROOT;
5369         for (i = 0; i < BFQ_IOPRIO_CLASSES; i++)
5370                 root_group->sched_data.service_tree[i] = BFQ_SERVICE_TREE_INIT;
5371         root_group->sched_data.bfq_class_idle_last_service = jiffies;
5372 }
5373
5374 static int bfq_init_queue(struct request_queue *q, struct elevator_type *e)
5375 {
5376         struct bfq_data *bfqd;
5377         struct elevator_queue *eq;
5378
5379         eq = elevator_alloc(q, e);
5380         if (!eq)
5381                 return -ENOMEM;
5382
5383         bfqd = kzalloc_node(sizeof(*bfqd), GFP_KERNEL, q->node);
5384         if (!bfqd) {
5385                 kobject_put(&eq->kobj);
5386                 return -ENOMEM;
5387         }
5388         eq->elevator_data = bfqd;
5389
5390         spin_lock_irq(q->queue_lock);
5391         q->elevator = eq;
5392         spin_unlock_irq(q->queue_lock);
5393
5394         /*
5395          * Our fallback bfqq if bfq_find_alloc_queue() runs into OOM issues.
5396          * Grab a permanent reference to it, so that the normal code flow
5397          * will not attempt to free it.
5398          */
5399         bfq_init_bfqq(bfqd, &bfqd->oom_bfqq, NULL, 1, 0);
5400         bfqd->oom_bfqq.ref++;
5401         bfqd->oom_bfqq.new_ioprio = BFQ_DEFAULT_QUEUE_IOPRIO;
5402         bfqd->oom_bfqq.new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_BE;
5403         bfqd->oom_bfqq.entity.new_weight =
5404                 bfq_ioprio_to_weight(bfqd->oom_bfqq.new_ioprio);
5405
5406         /* oom_bfqq does not participate to bursts */
5407         bfq_clear_bfqq_just_created(&bfqd->oom_bfqq);
5408
5409         /*
5410          * Trigger weight initialization, according to ioprio, at the
5411          * oom_bfqq's first activation. The oom_bfqq's ioprio and ioprio
5412          * class won't be changed any more.
5413          */
5414         bfqd->oom_bfqq.entity.prio_changed = 1;
5415
5416         bfqd->queue = q;
5417
5418         INIT_LIST_HEAD(&bfqd->dispatch);
5419
5420         hrtimer_init(&bfqd->idle_slice_timer, CLOCK_MONOTONIC,
5421                      HRTIMER_MODE_REL);
5422         bfqd->idle_slice_timer.function = bfq_idle_slice_timer;
5423
5424         bfqd->queue_weights_tree = RB_ROOT;
5425         bfqd->group_weights_tree = RB_ROOT;
5426
5427         INIT_LIST_HEAD(&bfqd->active_list);
5428         INIT_LIST_HEAD(&bfqd->idle_list);
5429         INIT_HLIST_HEAD(&bfqd->burst_list);
5430
5431         bfqd->hw_tag = -1;
5432
5433         bfqd->bfq_max_budget = bfq_default_max_budget;
5434
5435         bfqd->bfq_fifo_expire[0] = bfq_fifo_expire[0];
5436         bfqd->bfq_fifo_expire[1] = bfq_fifo_expire[1];
5437         bfqd->bfq_back_max = bfq_back_max;
5438         bfqd->bfq_back_penalty = bfq_back_penalty;
5439         bfqd->bfq_slice_idle = bfq_slice_idle;
5440         bfqd->bfq_timeout = bfq_timeout;
5441
5442         bfqd->bfq_requests_within_timer = 120;
5443
5444         bfqd->bfq_large_burst_thresh = 8;
5445         bfqd->bfq_burst_interval = msecs_to_jiffies(180);
5446
5447         bfqd->low_latency = true;
5448
5449         /*
5450          * Trade-off between responsiveness and fairness.
5451          */
5452         bfqd->bfq_wr_coeff = 30;
5453         bfqd->bfq_wr_rt_max_time = msecs_to_jiffies(300);
5454         bfqd->bfq_wr_max_time = 0;
5455         bfqd->bfq_wr_min_idle_time = msecs_to_jiffies(2000);
5456         bfqd->bfq_wr_min_inter_arr_async = msecs_to_jiffies(500);
5457         bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate = 7000; /*
5458                                               * Approximate rate required
5459                                               * to playback or record a
5460                                               * high-definition compressed
5461                                               * video.
5462                                               */
5463         bfqd->wr_busy_queues = 0;
5464
5465         /*
5466          * Begin by assuming, optimistically, that the device peak
5467          * rate is equal to 2/3 of the highest reference rate.
5468          */
5469         bfqd->rate_dur_prod = ref_rate[blk_queue_nonrot(bfqd->queue)] *
5470                 ref_wr_duration[blk_queue_nonrot(bfqd->queue)];
5471         bfqd->peak_rate = ref_rate[blk_queue_nonrot(bfqd->queue)] * 2 / 3;
5472
5473         spin_lock_init(&bfqd->lock);
5474
5475         /*
5476          * The invocation of the next bfq_create_group_hierarchy
5477          * function is the head of a chain of function calls
5478          * (bfq_create_group_hierarchy->blkcg_activate_policy->
5479          * blk_mq_freeze_queue) that may lead to the invocation of the
5480          * has_work hook function. For this reason,
5481          * bfq_create_group_hierarchy is invoked only after all
5482          * scheduler data has been initialized, apart from the fields
5483          * that can be initialized only after invoking
5484          * bfq_create_group_hierarchy. This, in particular, enables
5485          * has_work to correctly return false. Of course, to avoid
5486          * other inconsistencies, the blk-mq stack must then refrain
5487          * from invoking further scheduler hooks before this init
5488          * function is finished.
5489          */
5490         bfqd->root_group = bfq_create_group_hierarchy(bfqd, q->node);
5491         if (!bfqd->root_group)
5492                 goto out_free;
5493         bfq_init_root_group(bfqd->root_group, bfqd);
5494         bfq_init_entity(&bfqd->oom_bfqq.entity, bfqd->root_group);
5495
5496         wbt_disable_default(q);
5497         return 0;
5498
5499 out_free:
5500         kfree(bfqd);
5501         kobject_put(&eq->kobj);
5502         return -ENOMEM;
5503 }
5504
5505 static void bfq_slab_kill(void)
5506 {
5507         kmem_cache_destroy(bfq_pool);
5508 }
5509
5510 static int __init bfq_slab_setup(void)
5511 {
5512         bfq_pool = KMEM_CACHE(bfq_queue, 0);
5513         if (!bfq_pool)
5514                 return -ENOMEM;
5515         return 0;
5516 }
5517
5518 static ssize_t bfq_var_show(unsigned int var, char *page)
5519 {
5520         return sprintf(page, "%u\n", var);
5521 }
5522
5523 static int bfq_var_store(unsigned long *var, const char *page)
5524 {
5525         unsigned long new_val;
5526         int ret = kstrtoul(page, 10, &new_val);
5527
5528         if (ret)
5529                 return ret;
5530         *var = new_val;
5531         return 0;
5532 }
5533
5534 #define SHOW_FUNCTION(__FUNC, __VAR, __CONV)                            \
5535 static ssize_t __FUNC(struct elevator_queue *e, char *page)             \
5536 {                                                                       \
5537         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
5538         u64 __data = __VAR;                                             \
5539         if (__CONV == 1)                                                \
5540                 __data = jiffies_to_msecs(__data);                      \
5541         else if (__CONV == 2)                                           \
5542                 __data = div_u64(__data, NSEC_PER_MSEC);                \
5543         return bfq_var_show(__data, (page));                            \
5544 }
5545 SHOW_FUNCTION(bfq_fifo_expire_sync_show, bfqd->bfq_fifo_expire[1], 2);
5546 SHOW_FUNCTION(bfq_fifo_expire_async_show, bfqd->bfq_fifo_expire[0], 2);
5547 SHOW_FUNCTION(bfq_back_seek_max_show, bfqd->bfq_back_max, 0);
5548 SHOW_FUNCTION(bfq_back_seek_penalty_show, bfqd->bfq_back_penalty, 0);
5549 SHOW_FUNCTION(bfq_slice_idle_show, bfqd->bfq_slice_idle, 2);
5550 SHOW_FUNCTION(bfq_max_budget_show, bfqd->bfq_user_max_budget, 0);
5551 SHOW_FUNCTION(bfq_timeout_sync_show, bfqd->bfq_timeout, 1);
5552 SHOW_FUNCTION(bfq_strict_guarantees_show, bfqd->strict_guarantees, 0);
5553 SHOW_FUNCTION(bfq_low_latency_show, bfqd->low_latency, 0);
5554 #undef SHOW_FUNCTION
5555
5556 #define USEC_SHOW_FUNCTION(__FUNC, __VAR)                               \
5557 static ssize_t __FUNC(struct elevator_queue *e, char *page)             \
5558 {                                                                       \
5559         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
5560         u64 __data = __VAR;                                             \
5561         __data = div_u64(__data, NSEC_PER_USEC);                        \
5562         return bfq_var_show(__data, (page));                            \
5563 }
5564 USEC_SHOW_FUNCTION(bfq_slice_idle_us_show, bfqd->bfq_slice_idle);
5565 #undef USEC_SHOW_FUNCTION
5566
5567 #define STORE_FUNCTION(__FUNC, __PTR, MIN, MAX, __CONV)                 \
5568 static ssize_t                                                          \
5569 __FUNC(struct elevator_queue *e, const char *page, size_t count)        \
5570 {                                                                       \
5571         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
5572         unsigned long __data, __min = (MIN), __max = (MAX);             \
5573         int ret;                                                        \
5574                                                                         \
5575         ret = bfq_var_store(&__data, (page));                           \
5576         if (ret)                                                        \
5577                 return ret;                                             \
5578         if (__data < __min)                                             \
5579                 __data = __min;                                         \
5580         else if (__data > __max)                                        \
5581                 __data = __max;                                         \
5582         if (__CONV == 1)                                                \
5583                 *(__PTR) = msecs_to_jiffies(__data);                    \
5584         else if (__CONV == 2)                                           \
5585                 *(__PTR) = (u64)__data * NSEC_PER_MSEC;                 \
5586         else                                                            \
5587                 *(__PTR) = __data;                                      \
5588         return count;                                                   \
5589 }
5590 STORE_FUNCTION(bfq_fifo_expire_sync_store, &bfqd->bfq_fifo_expire[1], 1,
5591                 INT_MAX, 2);
5592 STORE_FUNCTION(bfq_fifo_expire_async_store, &bfqd->bfq_fifo_expire[0], 1,
5593                 INT_MAX, 2);
5594 STORE_FUNCTION(bfq_back_seek_max_store, &bfqd->bfq_back_max, 0, INT_MAX, 0);
5595 STORE_FUNCTION(bfq_back_seek_penalty_store, &bfqd->bfq_back_penalty, 1,
5596                 INT_MAX, 0);
5597 STORE_FUNCTION(bfq_slice_idle_store, &bfqd->bfq_slice_idle, 0, INT_MAX, 2);
5598 #undef STORE_FUNCTION
5599
5600 #define USEC_STORE_FUNCTION(__FUNC, __PTR, MIN, MAX)                    \
5601 static ssize_t __FUNC(struct elevator_queue *e, const char *page, size_t count)\
5602 {                                                                       \
5603         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
5604         unsigned long __data, __min = (MIN), __max = (MAX);             \
5605         int ret;                                                        \
5606                                                                         \
5607         ret = bfq_var_store(&__data, (page));                           \
5608         if (ret)                                                        \
5609                 return ret;                                             \
5610         if (__data < __min)                                             \
5611                 __data = __min;                                         \
5612         else if (__data > __max)                                        \
5613                 __data = __max;                                         \
5614         *(__PTR) = (u64)__data * NSEC_PER_USEC;                         \
5615         return count;                                                   \
5616 }
5617 USEC_STORE_FUNCTION(bfq_slice_idle_us_store, &bfqd->bfq_slice_idle, 0,
5618                     UINT_MAX);
5619 #undef USEC_STORE_FUNCTION
5620
5621 static ssize_t bfq_max_budget_store(struct elevator_queue *e,
5622                                     const char *page, size_t count)
5623 {
5624         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
5625         unsigned long __data;
5626         int ret;
5627
5628         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
5629         if (ret)
5630                 return ret;
5631
5632         if (__data == 0)
5633                 bfqd->bfq_max_budget = bfq_calc_max_budget(bfqd);
5634         else {
5635                 if (__data > INT_MAX)
5636                         __data = INT_MAX;
5637                 bfqd->bfq_max_budget = __data;
5638         }
5639
5640         bfqd->bfq_user_max_budget = __data;
5641
5642         return count;
5643 }
5644
5645 /*
5646  * Leaving this name to preserve name compatibility with cfq
5647  * parameters, but this timeout is used for both sync and async.
5648  */
5649 static ssize_t bfq_timeout_sync_store(struct elevator_queue *e,
5650                                       const char *page, size_t count)
5651 {
5652         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
5653         unsigned long __data;
5654         int ret;
5655
5656         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
5657         if (ret)
5658                 return ret;
5659
5660         if (__data < 1)
5661                 __data = 1;
5662         else if (__data > INT_MAX)
5663                 __data = INT_MAX;
5664
5665         bfqd->bfq_timeout = msecs_to_jiffies(__data);
5666         if (bfqd->bfq_user_max_budget == 0)
5667                 bfqd->bfq_max_budget = bfq_calc_max_budget(bfqd);
5668
5669         return count;
5670 }
5671
5672 static ssize_t bfq_strict_guarantees_store(struct elevator_queue *e,
5673                                      const char *page, size_t count)
5674 {
5675         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
5676         unsigned long __data;
5677         int ret;
5678
5679         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
5680         if (ret)
5681                 return ret;
5682
5683         if (__data > 1)
5684                 __data = 1;
5685         if (!bfqd->strict_guarantees && __data == 1
5686             && bfqd->bfq_slice_idle < 8 * NSEC_PER_MSEC)
5687                 bfqd->bfq_slice_idle = 8 * NSEC_PER_MSEC;
5688
5689         bfqd->strict_guarantees = __data;
5690
5691         return count;
5692 }
5693
5694 static ssize_t bfq_low_latency_store(struct elevator_queue *e,
5695                                      const char *page, size_t count)
5696 {
5697         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
5698         unsigned long __data;
5699         int ret;
5700
5701         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
5702         if (ret)
5703                 return ret;
5704
5705         if (__data > 1)
5706                 __data = 1;
5707         if (__data == 0 && bfqd->low_latency != 0)
5708                 bfq_end_wr(bfqd);
5709         bfqd->low_latency = __data;
5710
5711         return count;
5712 }
5713
5714 #define BFQ_ATTR(name) \
5715         __ATTR(name, 0644, bfq_##name##_show, bfq_##name##_store)
5716
5717 static struct elv_fs_entry bfq_attrs[] = {
5718         BFQ_ATTR(fifo_expire_sync),
5719         BFQ_ATTR(fifo_expire_async),
5720         BFQ_ATTR(back_seek_max),
5721         BFQ_ATTR(back_seek_penalty),
5722         BFQ_ATTR(slice_idle),
5723         BFQ_ATTR(slice_idle_us),
5724         BFQ_ATTR(max_budget),
5725         BFQ_ATTR(timeout_sync),
5726         BFQ_ATTR(strict_guarantees),
5727         BFQ_ATTR(low_latency),
5728         __ATTR_NULL
5729 };
5730
5731 static struct elevator_type iosched_bfq_mq = {
5732         .ops.mq = {
5733                 .limit_depth            = bfq_limit_depth,
5734                 .prepare_request        = bfq_prepare_request,
5735                 .requeue_request        = bfq_finish_requeue_request,
5736                 .finish_request         = bfq_finish_requeue_request,
5737                 .exit_icq               = bfq_exit_icq,
5738                 .insert_requests        = bfq_insert_requests,
5739                 .dispatch_request       = bfq_dispatch_request,
5740                 .next_request           = elv_rb_latter_request,
5741                 .former_request         = elv_rb_former_request,
5742                 .allow_merge            = bfq_allow_bio_merge,
5743                 .bio_merge              = bfq_bio_merge,
5744                 .request_merge          = bfq_request_merge,
5745                 .requests_merged        = bfq_requests_merged,
5746                 .request_merged         = bfq_request_merged,
5747                 .has_work               = bfq_has_work,
5748                 .depth_updated          = bfq_depth_updated,
5749                 .init_hctx              = bfq_init_hctx,
5750                 .init_sched             = bfq_init_queue,
5751                 .exit_sched             = bfq_exit_queue,
5752         },
5753
5754         .uses_mq =              true,
5755         .icq_size =             sizeof(struct bfq_io_cq),
5756         .icq_align =            __alignof__(struct bfq_io_cq),
5757         .elevator_attrs =       bfq_attrs,
5758         .elevator_name =        "bfq",
5759         .elevator_owner =       THIS_MODULE,
5760 };
5761 MODULE_ALIAS("bfq-iosched");
5762
5763 static int __init bfq_init(void)
5764 {
5765         int ret;
5766
5767 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
5768         ret = blkcg_policy_register(&blkcg_policy_bfq);
5769         if (ret)
5770                 return ret;
5771 #endif
5772
5773         ret = -ENOMEM;
5774         if (bfq_slab_setup())
5775                 goto err_pol_unreg;
5776
5777         /*
5778          * Times to load large popular applications for the typical
5779          * systems installed on the reference devices (see the
5780          * comments before the definition of the next
5781          * array). Actually, we use slightly lower values, as the
5782          * estimated peak rate tends to be smaller than the actual
5783          * peak rate.  The reason for this last fact is that estimates
5784          * are computed over much shorter time intervals than the long
5785          * intervals typically used for benchmarking. Why? First, to
5786          * adapt more quickly to variations. Second, because an I/O
5787          * scheduler cannot rely on a peak-rate-evaluation workload to
5788          * be run for a long time.
5789          */
5790         ref_wr_duration[0] = msecs_to_jiffies(7000); /* actually 8 sec */
5791         ref_wr_duration[1] = msecs_to_jiffies(2500); /* actually 3 sec */
5792
5793         ret = elv_register(&iosched_bfq_mq);
5794         if (ret)
5795                 goto slab_kill;
5796
5797         return 0;
5798
5799 slab_kill:
5800         bfq_slab_kill();
5801 err_pol_unreg:
5802 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
5803         blkcg_policy_unregister(&blkcg_policy_bfq);
5804 #endif
5805         return ret;
5806 }
5807
5808 static void __exit bfq_exit(void)
5809 {
5810         elv_unregister(&iosched_bfq_mq);
5811 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
5812         blkcg_policy_unregister(&blkcg_policy_bfq);
5813 #endif
5814         bfq_slab_kill();
5815 }
5816
5817 module_init(bfq_init);
5818 module_exit(bfq_exit);
5819
5820 MODULE_AUTHOR("Paolo Valente");
5821 MODULE_LICENSE("GPL");
5822 MODULE_DESCRIPTION("MQ Budget Fair Queueing I/O Scheduler");