GNU Linux-libre 5.4.241-gnu1
[releases.git] / block / bfq-iosched.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-or-later
2 /*
3  * Budget Fair Queueing (BFQ) I/O scheduler.
4  *
5  * Based on ideas and code from CFQ:
6  * Copyright (C) 2003 Jens Axboe <axboe@kernel.dk>
7  *
8  * Copyright (C) 2008 Fabio Checconi <fabio@gandalf.sssup.it>
9  *                    Paolo Valente <paolo.valente@unimore.it>
10  *
11  * Copyright (C) 2010 Paolo Valente <paolo.valente@unimore.it>
12  *                    Arianna Avanzini <avanzini@google.com>
13  *
14  * Copyright (C) 2017 Paolo Valente <paolo.valente@linaro.org>
15  *
16  * BFQ is a proportional-share I/O scheduler, with some extra
17  * low-latency capabilities. BFQ also supports full hierarchical
18  * scheduling through cgroups. Next paragraphs provide an introduction
19  * on BFQ inner workings. Details on BFQ benefits, usage and
20  * limitations can be found in Documentation/block/bfq-iosched.rst.
21  *
22  * BFQ is a proportional-share storage-I/O scheduling algorithm based
23  * on the slice-by-slice service scheme of CFQ. But BFQ assigns
24  * budgets, measured in number of sectors, to processes instead of
25  * time slices. The device is not granted to the in-service process
26  * for a given time slice, but until it has exhausted its assigned
27  * budget. This change from the time to the service domain enables BFQ
28  * to distribute the device throughput among processes as desired,
29  * without any distortion due to throughput fluctuations, or to device
30  * internal queueing. BFQ uses an ad hoc internal scheduler, called
31  * B-WF2Q+, to schedule processes according to their budgets. More
32  * precisely, BFQ schedules queues associated with processes. Each
33  * process/queue is assigned a user-configurable weight, and B-WF2Q+
34  * guarantees that each queue receives a fraction of the throughput
35  * proportional to its weight. Thanks to the accurate policy of
36  * B-WF2Q+, BFQ can afford to assign high budgets to I/O-bound
37  * processes issuing sequential requests (to boost the throughput),
38  * and yet guarantee a low latency to interactive and soft real-time
39  * applications.
40  *
41  * In particular, to provide these low-latency guarantees, BFQ
42  * explicitly privileges the I/O of two classes of time-sensitive
43  * applications: interactive and soft real-time. In more detail, BFQ
44  * behaves this way if the low_latency parameter is set (default
45  * configuration). This feature enables BFQ to provide applications in
46  * these classes with a very low latency.
47  *
48  * To implement this feature, BFQ constantly tries to detect whether
49  * the I/O requests in a bfq_queue come from an interactive or a soft
50  * real-time application. For brevity, in these cases, the queue is
51  * said to be interactive or soft real-time. In both cases, BFQ
52  * privileges the service of the queue, over that of non-interactive
53  * and non-soft-real-time queues. This privileging is performed,
54  * mainly, by raising the weight of the queue. So, for brevity, we
55  * call just weight-raising periods the time periods during which a
56  * queue is privileged, because deemed interactive or soft real-time.
57  *
58  * The detection of soft real-time queues/applications is described in
59  * detail in the comments on the function
60  * bfq_bfqq_softrt_next_start. On the other hand, the detection of an
61  * interactive queue works as follows: a queue is deemed interactive
62  * if it is constantly non empty only for a limited time interval,
63  * after which it does become empty. The queue may be deemed
64  * interactive again (for a limited time), if it restarts being
65  * constantly non empty, provided that this happens only after the
66  * queue has remained empty for a given minimum idle time.
67  *
68  * By default, BFQ computes automatically the above maximum time
69  * interval, i.e., the time interval after which a constantly
70  * non-empty queue stops being deemed interactive. Since a queue is
71  * weight-raised while it is deemed interactive, this maximum time
72  * interval happens to coincide with the (maximum) duration of the
73  * weight-raising for interactive queues.
74  *
75  * Finally, BFQ also features additional heuristics for
76  * preserving both a low latency and a high throughput on NCQ-capable,
77  * rotational or flash-based devices, and to get the job done quickly
78  * for applications consisting in many I/O-bound processes.
79  *
80  * NOTE: if the main or only goal, with a given device, is to achieve
81  * the maximum-possible throughput at all times, then do switch off
82  * all low-latency heuristics for that device, by setting low_latency
83  * to 0.
84  *
85  * BFQ is described in [1], where also a reference to the initial,
86  * more theoretical paper on BFQ can be found. The interested reader
87  * can find in the latter paper full details on the main algorithm, as
88  * well as formulas of the guarantees and formal proofs of all the
89  * properties.  With respect to the version of BFQ presented in these
90  * papers, this implementation adds a few more heuristics, such as the
91  * ones that guarantee a low latency to interactive and soft real-time
92  * applications, and a hierarchical extension based on H-WF2Q+.
93  *
94  * B-WF2Q+ is based on WF2Q+, which is described in [2], together with
95  * H-WF2Q+, while the augmented tree used here to implement B-WF2Q+
96  * with O(log N) complexity derives from the one introduced with EEVDF
97  * in [3].
98  *
99  * [1] P. Valente, A. Avanzini, "Evolution of the BFQ Storage I/O
100  *     Scheduler", Proceedings of the First Workshop on Mobile System
101  *     Technologies (MST-2015), May 2015.
102  *     http://algogroup.unimore.it/people/paolo/disk_sched/mst-2015.pdf
103  *
104  * [2] Jon C.R. Bennett and H. Zhang, "Hierarchical Packet Fair Queueing
105  *     Algorithms", IEEE/ACM Transactions on Networking, 5(5):675-689,
106  *     Oct 1997.
107  *
108  * http://www.cs.cmu.edu/~hzhang/papers/TON-97-Oct.ps.gz
109  *
110  * [3] I. Stoica and H. Abdel-Wahab, "Earliest Eligible Virtual Deadline
111  *     First: A Flexible and Accurate Mechanism for Proportional Share
112  *     Resource Allocation", technical report.
113  *
114  * http://www.cs.berkeley.edu/~istoica/papers/eevdf-tr-95.pdf
115  */
116 #include <linux/module.h>
117 #include <linux/slab.h>
118 #include <linux/blkdev.h>
119 #include <linux/cgroup.h>
120 #include <linux/elevator.h>
121 #include <linux/ktime.h>
122 #include <linux/rbtree.h>
123 #include <linux/ioprio.h>
124 #include <linux/sbitmap.h>
125 #include <linux/delay.h>
126
127 #include "blk.h"
128 #include "blk-mq.h"
129 #include "blk-mq-tag.h"
130 #include "blk-mq-sched.h"
131 #include "bfq-iosched.h"
132 #include "blk-wbt.h"
133
134 #define BFQ_BFQQ_FNS(name)                                              \
135 void bfq_mark_bfqq_##name(struct bfq_queue *bfqq)                       \
136 {                                                                       \
137         __set_bit(BFQQF_##name, &(bfqq)->flags);                        \
138 }                                                                       \
139 void bfq_clear_bfqq_##name(struct bfq_queue *bfqq)                      \
140 {                                                                       \
141         __clear_bit(BFQQF_##name, &(bfqq)->flags);              \
142 }                                                                       \
143 int bfq_bfqq_##name(const struct bfq_queue *bfqq)                       \
144 {                                                                       \
145         return test_bit(BFQQF_##name, &(bfqq)->flags);          \
146 }
147
148 BFQ_BFQQ_FNS(just_created);
149 BFQ_BFQQ_FNS(busy);
150 BFQ_BFQQ_FNS(wait_request);
151 BFQ_BFQQ_FNS(non_blocking_wait_rq);
152 BFQ_BFQQ_FNS(fifo_expire);
153 BFQ_BFQQ_FNS(has_short_ttime);
154 BFQ_BFQQ_FNS(sync);
155 BFQ_BFQQ_FNS(IO_bound);
156 BFQ_BFQQ_FNS(in_large_burst);
157 BFQ_BFQQ_FNS(coop);
158 BFQ_BFQQ_FNS(split_coop);
159 BFQ_BFQQ_FNS(softrt_update);
160 BFQ_BFQQ_FNS(has_waker);
161 #undef BFQ_BFQQ_FNS                                             \
162
163 /* Expiration time of sync (0) and async (1) requests, in ns. */
164 static const u64 bfq_fifo_expire[2] = { NSEC_PER_SEC / 4, NSEC_PER_SEC / 8 };
165
166 /* Maximum backwards seek (magic number lifted from CFQ), in KiB. */
167 static const int bfq_back_max = 16 * 1024;
168
169 /* Penalty of a backwards seek, in number of sectors. */
170 static const int bfq_back_penalty = 2;
171
172 /* Idling period duration, in ns. */
173 static u64 bfq_slice_idle = NSEC_PER_SEC / 125;
174
175 /* Minimum number of assigned budgets for which stats are safe to compute. */
176 static const int bfq_stats_min_budgets = 194;
177
178 /* Default maximum budget values, in sectors and number of requests. */
179 static const int bfq_default_max_budget = 16 * 1024;
180
181 /*
182  * When a sync request is dispatched, the queue that contains that
183  * request, and all the ancestor entities of that queue, are charged
184  * with the number of sectors of the request. In contrast, if the
185  * request is async, then the queue and its ancestor entities are
186  * charged with the number of sectors of the request, multiplied by
187  * the factor below. This throttles the bandwidth for async I/O,
188  * w.r.t. to sync I/O, and it is done to counter the tendency of async
189  * writes to steal I/O throughput to reads.
190  *
191  * The current value of this parameter is the result of a tuning with
192  * several hardware and software configurations. We tried to find the
193  * lowest value for which writes do not cause noticeable problems to
194  * reads. In fact, the lower this parameter, the stabler I/O control,
195  * in the following respect.  The lower this parameter is, the less
196  * the bandwidth enjoyed by a group decreases
197  * - when the group does writes, w.r.t. to when it does reads;
198  * - when other groups do reads, w.r.t. to when they do writes.
199  */
200 static const int bfq_async_charge_factor = 3;
201
202 /* Default timeout values, in jiffies, approximating CFQ defaults. */
203 const int bfq_timeout = HZ / 8;
204
205 /*
206  * Time limit for merging (see comments in bfq_setup_cooperator). Set
207  * to the slowest value that, in our tests, proved to be effective in
208  * removing false positives, while not causing true positives to miss
209  * queue merging.
210  *
211  * As can be deduced from the low time limit below, queue merging, if
212  * successful, happens at the very beginning of the I/O of the involved
213  * cooperating processes, as a consequence of the arrival of the very
214  * first requests from each cooperator.  After that, there is very
215  * little chance to find cooperators.
216  */
217 static const unsigned long bfq_merge_time_limit = HZ/10;
218
219 static struct kmem_cache *bfq_pool;
220
221 /* Below this threshold (in ns), we consider thinktime immediate. */
222 #define BFQ_MIN_TT              (2 * NSEC_PER_MSEC)
223
224 /* hw_tag detection: parallel requests threshold and min samples needed. */
225 #define BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD  3
226 #define BFQ_HW_QUEUE_SAMPLES    32
227
228 #define BFQQ_SEEK_THR           (sector_t)(8 * 100)
229 #define BFQQ_SECT_THR_NONROT    (sector_t)(2 * 32)
230 #define BFQ_RQ_SEEKY(bfqd, last_pos, rq) \
231         (get_sdist(last_pos, rq) >                      \
232          BFQQ_SEEK_THR &&                               \
233          (!blk_queue_nonrot(bfqd->queue) ||             \
234           blk_rq_sectors(rq) < BFQQ_SECT_THR_NONROT))
235 #define BFQQ_CLOSE_THR          (sector_t)(8 * 1024)
236 #define BFQQ_SEEKY(bfqq)        (hweight32(bfqq->seek_history) > 19)
237 /*
238  * Sync random I/O is likely to be confused with soft real-time I/O,
239  * because it is characterized by limited throughput and apparently
240  * isochronous arrival pattern. To avoid false positives, queues
241  * containing only random (seeky) I/O are prevented from being tagged
242  * as soft real-time.
243  */
244 #define BFQQ_TOTALLY_SEEKY(bfqq)        (bfqq->seek_history == -1)
245
246 /* Min number of samples required to perform peak-rate update */
247 #define BFQ_RATE_MIN_SAMPLES    32
248 /* Min observation time interval required to perform a peak-rate update (ns) */
249 #define BFQ_RATE_MIN_INTERVAL   (300*NSEC_PER_MSEC)
250 /* Target observation time interval for a peak-rate update (ns) */
251 #define BFQ_RATE_REF_INTERVAL   NSEC_PER_SEC
252
253 /*
254  * Shift used for peak-rate fixed precision calculations.
255  * With
256  * - the current shift: 16 positions
257  * - the current type used to store rate: u32
258  * - the current unit of measure for rate: [sectors/usec], or, more precisely,
259  *   [(sectors/usec) / 2^BFQ_RATE_SHIFT] to take into account the shift,
260  * the range of rates that can be stored is
261  * [1 / 2^BFQ_RATE_SHIFT, 2^(32 - BFQ_RATE_SHIFT)] sectors/usec =
262  * [1 / 2^16, 2^16] sectors/usec = [15e-6, 65536] sectors/usec =
263  * [15, 65G] sectors/sec
264  * Which, assuming a sector size of 512B, corresponds to a range of
265  * [7.5K, 33T] B/sec
266  */
267 #define BFQ_RATE_SHIFT          16
268
269 /*
270  * When configured for computing the duration of the weight-raising
271  * for interactive queues automatically (see the comments at the
272  * beginning of this file), BFQ does it using the following formula:
273  * duration = (ref_rate / r) * ref_wr_duration,
274  * where r is the peak rate of the device, and ref_rate and
275  * ref_wr_duration are two reference parameters.  In particular,
276  * ref_rate is the peak rate of the reference storage device (see
277  * below), and ref_wr_duration is about the maximum time needed, with
278  * BFQ and while reading two files in parallel, to load typical large
279  * applications on the reference device (see the comments on
280  * max_service_from_wr below, for more details on how ref_wr_duration
281  * is obtained).  In practice, the slower/faster the device at hand
282  * is, the more/less it takes to load applications with respect to the
283  * reference device.  Accordingly, the longer/shorter BFQ grants
284  * weight raising to interactive applications.
285  *
286  * BFQ uses two different reference pairs (ref_rate, ref_wr_duration),
287  * depending on whether the device is rotational or non-rotational.
288  *
289  * In the following definitions, ref_rate[0] and ref_wr_duration[0]
290  * are the reference values for a rotational device, whereas
291  * ref_rate[1] and ref_wr_duration[1] are the reference values for a
292  * non-rotational device. The reference rates are not the actual peak
293  * rates of the devices used as a reference, but slightly lower
294  * values. The reason for using slightly lower values is that the
295  * peak-rate estimator tends to yield slightly lower values than the
296  * actual peak rate (it can yield the actual peak rate only if there
297  * is only one process doing I/O, and the process does sequential
298  * I/O).
299  *
300  * The reference peak rates are measured in sectors/usec, left-shifted
301  * by BFQ_RATE_SHIFT.
302  */
303 static int ref_rate[2] = {14000, 33000};
304 /*
305  * To improve readability, a conversion function is used to initialize
306  * the following array, which entails that the array can be
307  * initialized only in a function.
308  */
309 static int ref_wr_duration[2];
310
311 /*
312  * BFQ uses the above-detailed, time-based weight-raising mechanism to
313  * privilege interactive tasks. This mechanism is vulnerable to the
314  * following false positives: I/O-bound applications that will go on
315  * doing I/O for much longer than the duration of weight
316  * raising. These applications have basically no benefit from being
317  * weight-raised at the beginning of their I/O. On the opposite end,
318  * while being weight-raised, these applications
319  * a) unjustly steal throughput to applications that may actually need
320  * low latency;
321  * b) make BFQ uselessly perform device idling; device idling results
322  * in loss of device throughput with most flash-based storage, and may
323  * increase latencies when used purposelessly.
324  *
325  * BFQ tries to reduce these problems, by adopting the following
326  * countermeasure. To introduce this countermeasure, we need first to
327  * finish explaining how the duration of weight-raising for
328  * interactive tasks is computed.
329  *
330  * For a bfq_queue deemed as interactive, the duration of weight
331  * raising is dynamically adjusted, as a function of the estimated
332  * peak rate of the device, so as to be equal to the time needed to
333  * execute the 'largest' interactive task we benchmarked so far. By
334  * largest task, we mean the task for which each involved process has
335  * to do more I/O than for any of the other tasks we benchmarked. This
336  * reference interactive task is the start-up of LibreOffice Writer,
337  * and in this task each process/bfq_queue needs to have at most ~110K
338  * sectors transferred.
339  *
340  * This last piece of information enables BFQ to reduce the actual
341  * duration of weight-raising for at least one class of I/O-bound
342  * applications: those doing sequential or quasi-sequential I/O. An
343  * example is file copy. In fact, once started, the main I/O-bound
344  * processes of these applications usually consume the above 110K
345  * sectors in much less time than the processes of an application that
346  * is starting, because these I/O-bound processes will greedily devote
347  * almost all their CPU cycles only to their target,
348  * throughput-friendly I/O operations. This is even more true if BFQ
349  * happens to be underestimating the device peak rate, and thus
350  * overestimating the duration of weight raising. But, according to
351  * our measurements, once transferred 110K sectors, these processes
352  * have no right to be weight-raised any longer.
353  *
354  * Basing on the last consideration, BFQ ends weight-raising for a
355  * bfq_queue if the latter happens to have received an amount of
356  * service at least equal to the following constant. The constant is
357  * set to slightly more than 110K, to have a minimum safety margin.
358  *
359  * This early ending of weight-raising reduces the amount of time
360  * during which interactive false positives cause the two problems
361  * described at the beginning of these comments.
362  */
363 static const unsigned long max_service_from_wr = 120000;
364
365 #define RQ_BIC(rq)              icq_to_bic((rq)->elv.priv[0])
366 #define RQ_BFQQ(rq)             ((rq)->elv.priv[1])
367
368 struct bfq_queue *bic_to_bfqq(struct bfq_io_cq *bic, bool is_sync)
369 {
370         return bic->bfqq[is_sync];
371 }
372
373 void bic_set_bfqq(struct bfq_io_cq *bic, struct bfq_queue *bfqq, bool is_sync)
374 {
375         bic->bfqq[is_sync] = bfqq;
376 }
377
378 struct bfq_data *bic_to_bfqd(struct bfq_io_cq *bic)
379 {
380         return bic->icq.q->elevator->elevator_data;
381 }
382
383 /**
384  * icq_to_bic - convert iocontext queue structure to bfq_io_cq.
385  * @icq: the iocontext queue.
386  */
387 static struct bfq_io_cq *icq_to_bic(struct io_cq *icq)
388 {
389         /* bic->icq is the first member, %NULL will convert to %NULL */
390         return container_of(icq, struct bfq_io_cq, icq);
391 }
392
393 /**
394  * bfq_bic_lookup - search into @ioc a bic associated to @bfqd.
395  * @bfqd: the lookup key.
396  * @ioc: the io_context of the process doing I/O.
397  * @q: the request queue.
398  */
399 static struct bfq_io_cq *bfq_bic_lookup(struct bfq_data *bfqd,
400                                         struct io_context *ioc,
401                                         struct request_queue *q)
402 {
403         if (ioc) {
404                 unsigned long flags;
405                 struct bfq_io_cq *icq;
406
407                 spin_lock_irqsave(&q->queue_lock, flags);
408                 icq = icq_to_bic(ioc_lookup_icq(ioc, q));
409                 spin_unlock_irqrestore(&q->queue_lock, flags);
410
411                 return icq;
412         }
413
414         return NULL;
415 }
416
417 /*
418  * Scheduler run of queue, if there are requests pending and no one in the
419  * driver that will restart queueing.
420  */
421 void bfq_schedule_dispatch(struct bfq_data *bfqd)
422 {
423         lockdep_assert_held(&bfqd->lock);
424
425         if (bfqd->queued != 0) {
426                 bfq_log(bfqd, "schedule dispatch");
427                 blk_mq_run_hw_queues(bfqd->queue, true);
428         }
429 }
430
431 #define bfq_class_idle(bfqq)    ((bfqq)->ioprio_class == IOPRIO_CLASS_IDLE)
432 #define bfq_class_rt(bfqq)      ((bfqq)->ioprio_class == IOPRIO_CLASS_RT)
433
434 #define bfq_sample_valid(samples)       ((samples) > 80)
435
436 /*
437  * Lifted from AS - choose which of rq1 and rq2 that is best served now.
438  * We choose the request that is closer to the head right now.  Distance
439  * behind the head is penalized and only allowed to a certain extent.
440  */
441 static struct request *bfq_choose_req(struct bfq_data *bfqd,
442                                       struct request *rq1,
443                                       struct request *rq2,
444                                       sector_t last)
445 {
446         sector_t s1, s2, d1 = 0, d2 = 0;
447         unsigned long back_max;
448 #define BFQ_RQ1_WRAP    0x01 /* request 1 wraps */
449 #define BFQ_RQ2_WRAP    0x02 /* request 2 wraps */
450         unsigned int wrap = 0; /* bit mask: requests behind the disk head? */
451
452         if (!rq1 || rq1 == rq2)
453                 return rq2;
454         if (!rq2)
455                 return rq1;
456
457         if (rq_is_sync(rq1) && !rq_is_sync(rq2))
458                 return rq1;
459         else if (rq_is_sync(rq2) && !rq_is_sync(rq1))
460                 return rq2;
461         if ((rq1->cmd_flags & REQ_META) && !(rq2->cmd_flags & REQ_META))
462                 return rq1;
463         else if ((rq2->cmd_flags & REQ_META) && !(rq1->cmd_flags & REQ_META))
464                 return rq2;
465
466         s1 = blk_rq_pos(rq1);
467         s2 = blk_rq_pos(rq2);
468
469         /*
470          * By definition, 1KiB is 2 sectors.
471          */
472         back_max = bfqd->bfq_back_max * 2;
473
474         /*
475          * Strict one way elevator _except_ in the case where we allow
476          * short backward seeks which are biased as twice the cost of a
477          * similar forward seek.
478          */
479         if (s1 >= last)
480                 d1 = s1 - last;
481         else if (s1 + back_max >= last)
482                 d1 = (last - s1) * bfqd->bfq_back_penalty;
483         else
484                 wrap |= BFQ_RQ1_WRAP;
485
486         if (s2 >= last)
487                 d2 = s2 - last;
488         else if (s2 + back_max >= last)
489                 d2 = (last - s2) * bfqd->bfq_back_penalty;
490         else
491                 wrap |= BFQ_RQ2_WRAP;
492
493         /* Found required data */
494
495         /*
496          * By doing switch() on the bit mask "wrap" we avoid having to
497          * check two variables for all permutations: --> faster!
498          */
499         switch (wrap) {
500         case 0: /* common case for CFQ: rq1 and rq2 not wrapped */
501                 if (d1 < d2)
502                         return rq1;
503                 else if (d2 < d1)
504                         return rq2;
505
506                 if (s1 >= s2)
507                         return rq1;
508                 else
509                         return rq2;
510
511         case BFQ_RQ2_WRAP:
512                 return rq1;
513         case BFQ_RQ1_WRAP:
514                 return rq2;
515         case BFQ_RQ1_WRAP|BFQ_RQ2_WRAP: /* both rqs wrapped */
516         default:
517                 /*
518                  * Since both rqs are wrapped,
519                  * start with the one that's further behind head
520                  * (--> only *one* back seek required),
521                  * since back seek takes more time than forward.
522                  */
523                 if (s1 <= s2)
524                         return rq1;
525                 else
526                         return rq2;
527         }
528 }
529
530 /*
531  * Async I/O can easily starve sync I/O (both sync reads and sync
532  * writes), by consuming all tags. Similarly, storms of sync writes,
533  * such as those that sync(2) may trigger, can starve sync reads.
534  * Limit depths of async I/O and sync writes so as to counter both
535  * problems.
536  */
537 static void bfq_limit_depth(unsigned int op, struct blk_mq_alloc_data *data)
538 {
539         struct bfq_data *bfqd = data->q->elevator->elevator_data;
540
541         if (op_is_sync(op) && !op_is_write(op))
542                 return;
543
544         data->shallow_depth =
545                 bfqd->word_depths[!!bfqd->wr_busy_queues][op_is_sync(op)];
546
547         bfq_log(bfqd, "[%s] wr_busy %d sync %d depth %u",
548                         __func__, bfqd->wr_busy_queues, op_is_sync(op),
549                         data->shallow_depth);
550 }
551
552 static struct bfq_queue *
553 bfq_rq_pos_tree_lookup(struct bfq_data *bfqd, struct rb_root *root,
554                      sector_t sector, struct rb_node **ret_parent,
555                      struct rb_node ***rb_link)
556 {
557         struct rb_node **p, *parent;
558         struct bfq_queue *bfqq = NULL;
559
560         parent = NULL;
561         p = &root->rb_node;
562         while (*p) {
563                 struct rb_node **n;
564
565                 parent = *p;
566                 bfqq = rb_entry(parent, struct bfq_queue, pos_node);
567
568                 /*
569                  * Sort strictly based on sector. Smallest to the left,
570                  * largest to the right.
571                  */
572                 if (sector > blk_rq_pos(bfqq->next_rq))
573                         n = &(*p)->rb_right;
574                 else if (sector < blk_rq_pos(bfqq->next_rq))
575                         n = &(*p)->rb_left;
576                 else
577                         break;
578                 p = n;
579                 bfqq = NULL;
580         }
581
582         *ret_parent = parent;
583         if (rb_link)
584                 *rb_link = p;
585
586         bfq_log(bfqd, "rq_pos_tree_lookup %llu: returning %d",
587                 (unsigned long long)sector,
588                 bfqq ? bfqq->pid : 0);
589
590         return bfqq;
591 }
592
593 static bool bfq_too_late_for_merging(struct bfq_queue *bfqq)
594 {
595         return bfqq->service_from_backlogged > 0 &&
596                 time_is_before_jiffies(bfqq->first_IO_time +
597                                        bfq_merge_time_limit);
598 }
599
600 /*
601  * The following function is not marked as __cold because it is
602  * actually cold, but for the same performance goal described in the
603  * comments on the likely() at the beginning of
604  * bfq_setup_cooperator(). Unexpectedly, to reach an even lower
605  * execution time for the case where this function is not invoked, we
606  * had to add an unlikely() in each involved if().
607  */
608 void __cold
609 bfq_pos_tree_add_move(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
610 {
611         struct rb_node **p, *parent;
612         struct bfq_queue *__bfqq;
613
614         if (bfqq->pos_root) {
615                 rb_erase(&bfqq->pos_node, bfqq->pos_root);
616                 bfqq->pos_root = NULL;
617         }
618
619         /* oom_bfqq does not participate in queue merging */
620         if (bfqq == &bfqd->oom_bfqq)
621                 return;
622
623         /*
624          * bfqq cannot be merged any longer (see comments in
625          * bfq_setup_cooperator): no point in adding bfqq into the
626          * position tree.
627          */
628         if (bfq_too_late_for_merging(bfqq))
629                 return;
630
631         if (bfq_class_idle(bfqq))
632                 return;
633         if (!bfqq->next_rq)
634                 return;
635
636         bfqq->pos_root = &bfq_bfqq_to_bfqg(bfqq)->rq_pos_tree;
637         __bfqq = bfq_rq_pos_tree_lookup(bfqd, bfqq->pos_root,
638                         blk_rq_pos(bfqq->next_rq), &parent, &p);
639         if (!__bfqq) {
640                 rb_link_node(&bfqq->pos_node, parent, p);
641                 rb_insert_color(&bfqq->pos_node, bfqq->pos_root);
642         } else
643                 bfqq->pos_root = NULL;
644 }
645
646 /*
647  * The following function returns false either if every active queue
648  * must receive the same share of the throughput (symmetric scenario),
649  * or, as a special case, if bfqq must receive a share of the
650  * throughput lower than or equal to the share that every other active
651  * queue must receive.  If bfqq does sync I/O, then these are the only
652  * two cases where bfqq happens to be guaranteed its share of the
653  * throughput even if I/O dispatching is not plugged when bfqq remains
654  * temporarily empty (for more details, see the comments in the
655  * function bfq_better_to_idle()). For this reason, the return value
656  * of this function is used to check whether I/O-dispatch plugging can
657  * be avoided.
658  *
659  * The above first case (symmetric scenario) occurs when:
660  * 1) all active queues have the same weight,
661  * 2) all active queues belong to the same I/O-priority class,
662  * 3) all active groups at the same level in the groups tree have the same
663  *    weight,
664  * 4) all active groups at the same level in the groups tree have the same
665  *    number of children.
666  *
667  * Unfortunately, keeping the necessary state for evaluating exactly
668  * the last two symmetry sub-conditions above would be quite complex
669  * and time consuming. Therefore this function evaluates, instead,
670  * only the following stronger three sub-conditions, for which it is
671  * much easier to maintain the needed state:
672  * 1) all active queues have the same weight,
673  * 2) all active queues belong to the same I/O-priority class,
674  * 3) there are no active groups.
675  * In particular, the last condition is always true if hierarchical
676  * support or the cgroups interface are not enabled, thus no state
677  * needs to be maintained in this case.
678  */
679 static bool bfq_asymmetric_scenario(struct bfq_data *bfqd,
680                                    struct bfq_queue *bfqq)
681 {
682         bool smallest_weight = bfqq &&
683                 bfqq->weight_counter &&
684                 bfqq->weight_counter ==
685                 container_of(
686                         rb_first_cached(&bfqd->queue_weights_tree),
687                         struct bfq_weight_counter,
688                         weights_node);
689
690         /*
691          * For queue weights to differ, queue_weights_tree must contain
692          * at least two nodes.
693          */
694         bool varied_queue_weights = !smallest_weight &&
695                 !RB_EMPTY_ROOT(&bfqd->queue_weights_tree.rb_root) &&
696                 (bfqd->queue_weights_tree.rb_root.rb_node->rb_left ||
697                  bfqd->queue_weights_tree.rb_root.rb_node->rb_right);
698
699         bool multiple_classes_busy =
700                 (bfqd->busy_queues[0] && bfqd->busy_queues[1]) ||
701                 (bfqd->busy_queues[0] && bfqd->busy_queues[2]) ||
702                 (bfqd->busy_queues[1] && bfqd->busy_queues[2]);
703
704         return varied_queue_weights || multiple_classes_busy
705 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
706                || bfqd->num_groups_with_pending_reqs > 0
707 #endif
708                 ;
709 }
710
711 /*
712  * If the weight-counter tree passed as input contains no counter for
713  * the weight of the input queue, then add that counter; otherwise just
714  * increment the existing counter.
715  *
716  * Note that weight-counter trees contain few nodes in mostly symmetric
717  * scenarios. For example, if all queues have the same weight, then the
718  * weight-counter tree for the queues may contain at most one node.
719  * This holds even if low_latency is on, because weight-raised queues
720  * are not inserted in the tree.
721  * In most scenarios, the rate at which nodes are created/destroyed
722  * should be low too.
723  */
724 void bfq_weights_tree_add(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
725                           struct rb_root_cached *root)
726 {
727         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
728         struct rb_node **new = &(root->rb_root.rb_node), *parent = NULL;
729         bool leftmost = true;
730
731         /*
732          * Do not insert if the queue is already associated with a
733          * counter, which happens if:
734          *   1) a request arrival has caused the queue to become both
735          *      non-weight-raised, and hence change its weight, and
736          *      backlogged; in this respect, each of the two events
737          *      causes an invocation of this function,
738          *   2) this is the invocation of this function caused by the
739          *      second event. This second invocation is actually useless,
740          *      and we handle this fact by exiting immediately. More
741          *      efficient or clearer solutions might possibly be adopted.
742          */
743         if (bfqq->weight_counter)
744                 return;
745
746         while (*new) {
747                 struct bfq_weight_counter *__counter = container_of(*new,
748                                                 struct bfq_weight_counter,
749                                                 weights_node);
750                 parent = *new;
751
752                 if (entity->weight == __counter->weight) {
753                         bfqq->weight_counter = __counter;
754                         goto inc_counter;
755                 }
756                 if (entity->weight < __counter->weight)
757                         new = &((*new)->rb_left);
758                 else {
759                         new = &((*new)->rb_right);
760                         leftmost = false;
761                 }
762         }
763
764         bfqq->weight_counter = kzalloc(sizeof(struct bfq_weight_counter),
765                                        GFP_ATOMIC);
766
767         /*
768          * In the unlucky event of an allocation failure, we just
769          * exit. This will cause the weight of queue to not be
770          * considered in bfq_asymmetric_scenario, which, in its turn,
771          * causes the scenario to be deemed wrongly symmetric in case
772          * bfqq's weight would have been the only weight making the
773          * scenario asymmetric.  On the bright side, no unbalance will
774          * however occur when bfqq becomes inactive again (the
775          * invocation of this function is triggered by an activation
776          * of queue).  In fact, bfq_weights_tree_remove does nothing
777          * if !bfqq->weight_counter.
778          */
779         if (unlikely(!bfqq->weight_counter))
780                 return;
781
782         bfqq->weight_counter->weight = entity->weight;
783         rb_link_node(&bfqq->weight_counter->weights_node, parent, new);
784         rb_insert_color_cached(&bfqq->weight_counter->weights_node, root,
785                                 leftmost);
786
787 inc_counter:
788         bfqq->weight_counter->num_active++;
789         bfqq->ref++;
790 }
791
792 /*
793  * Decrement the weight counter associated with the queue, and, if the
794  * counter reaches 0, remove the counter from the tree.
795  * See the comments to the function bfq_weights_tree_add() for considerations
796  * about overhead.
797  */
798 void __bfq_weights_tree_remove(struct bfq_data *bfqd,
799                                struct bfq_queue *bfqq,
800                                struct rb_root_cached *root)
801 {
802         if (!bfqq->weight_counter)
803                 return;
804
805         bfqq->weight_counter->num_active--;
806         if (bfqq->weight_counter->num_active > 0)
807                 goto reset_entity_pointer;
808
809         rb_erase_cached(&bfqq->weight_counter->weights_node, root);
810         kfree(bfqq->weight_counter);
811
812 reset_entity_pointer:
813         bfqq->weight_counter = NULL;
814         bfq_put_queue(bfqq);
815 }
816
817 /*
818  * Invoke __bfq_weights_tree_remove on bfqq and decrement the number
819  * of active groups for each queue's inactive parent entity.
820  */
821 void bfq_weights_tree_remove(struct bfq_data *bfqd,
822                              struct bfq_queue *bfqq)
823 {
824         struct bfq_entity *entity = bfqq->entity.parent;
825
826         for_each_entity(entity) {
827                 struct bfq_sched_data *sd = entity->my_sched_data;
828
829                 if (sd->next_in_service || sd->in_service_entity) {
830                         /*
831                          * entity is still active, because either
832                          * next_in_service or in_service_entity is not
833                          * NULL (see the comments on the definition of
834                          * next_in_service for details on why
835                          * in_service_entity must be checked too).
836                          *
837                          * As a consequence, its parent entities are
838                          * active as well, and thus this loop must
839                          * stop here.
840                          */
841                         break;
842                 }
843
844                 /*
845                  * The decrement of num_groups_with_pending_reqs is
846                  * not performed immediately upon the deactivation of
847                  * entity, but it is delayed to when it also happens
848                  * that the first leaf descendant bfqq of entity gets
849                  * all its pending requests completed. The following
850                  * instructions perform this delayed decrement, if
851                  * needed. See the comments on
852                  * num_groups_with_pending_reqs for details.
853                  */
854                 if (entity->in_groups_with_pending_reqs) {
855                         entity->in_groups_with_pending_reqs = false;
856                         bfqd->num_groups_with_pending_reqs--;
857                 }
858         }
859
860         /*
861          * Next function is invoked last, because it causes bfqq to be
862          * freed if the following holds: bfqq is not in service and
863          * has no dispatched request. DO NOT use bfqq after the next
864          * function invocation.
865          */
866         __bfq_weights_tree_remove(bfqd, bfqq,
867                                   &bfqd->queue_weights_tree);
868 }
869
870 /*
871  * Return expired entry, or NULL to just start from scratch in rbtree.
872  */
873 static struct request *bfq_check_fifo(struct bfq_queue *bfqq,
874                                       struct request *last)
875 {
876         struct request *rq;
877
878         if (bfq_bfqq_fifo_expire(bfqq))
879                 return NULL;
880
881         bfq_mark_bfqq_fifo_expire(bfqq);
882
883         rq = rq_entry_fifo(bfqq->fifo.next);
884
885         if (rq == last || ktime_get_ns() < rq->fifo_time)
886                 return NULL;
887
888         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "check_fifo: returned %p", rq);
889         return rq;
890 }
891
892 static struct request *bfq_find_next_rq(struct bfq_data *bfqd,
893                                         struct bfq_queue *bfqq,
894                                         struct request *last)
895 {
896         struct rb_node *rbnext = rb_next(&last->rb_node);
897         struct rb_node *rbprev = rb_prev(&last->rb_node);
898         struct request *next, *prev = NULL;
899
900         /* Follow expired path, else get first next available. */
901         next = bfq_check_fifo(bfqq, last);
902         if (next)
903                 return next;
904
905         if (rbprev)
906                 prev = rb_entry_rq(rbprev);
907
908         if (rbnext)
909                 next = rb_entry_rq(rbnext);
910         else {
911                 rbnext = rb_first(&bfqq->sort_list);
912                 if (rbnext && rbnext != &last->rb_node)
913                         next = rb_entry_rq(rbnext);
914         }
915
916         return bfq_choose_req(bfqd, next, prev, blk_rq_pos(last));
917 }
918
919 /* see the definition of bfq_async_charge_factor for details */
920 static unsigned long bfq_serv_to_charge(struct request *rq,
921                                         struct bfq_queue *bfqq)
922 {
923         if (bfq_bfqq_sync(bfqq) || bfqq->wr_coeff > 1 ||
924             bfq_asymmetric_scenario(bfqq->bfqd, bfqq))
925                 return blk_rq_sectors(rq);
926
927         return blk_rq_sectors(rq) * bfq_async_charge_factor;
928 }
929
930 /**
931  * bfq_updated_next_req - update the queue after a new next_rq selection.
932  * @bfqd: the device data the queue belongs to.
933  * @bfqq: the queue to update.
934  *
935  * If the first request of a queue changes we make sure that the queue
936  * has enough budget to serve at least its first request (if the
937  * request has grown).  We do this because if the queue has not enough
938  * budget for its first request, it has to go through two dispatch
939  * rounds to actually get it dispatched.
940  */
941 static void bfq_updated_next_req(struct bfq_data *bfqd,
942                                  struct bfq_queue *bfqq)
943 {
944         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
945         struct request *next_rq = bfqq->next_rq;
946         unsigned long new_budget;
947
948         if (!next_rq)
949                 return;
950
951         if (bfqq == bfqd->in_service_queue)
952                 /*
953                  * In order not to break guarantees, budgets cannot be
954                  * changed after an entity has been selected.
955                  */
956                 return;
957
958         new_budget = max_t(unsigned long,
959                            max_t(unsigned long, bfqq->max_budget,
960                                  bfq_serv_to_charge(next_rq, bfqq)),
961                            entity->service);
962         if (entity->budget != new_budget) {
963                 entity->budget = new_budget;
964                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "updated next rq: new budget %lu",
965                                          new_budget);
966                 bfq_requeue_bfqq(bfqd, bfqq, false);
967         }
968 }
969
970 static unsigned int bfq_wr_duration(struct bfq_data *bfqd)
971 {
972         u64 dur;
973
974         if (bfqd->bfq_wr_max_time > 0)
975                 return bfqd->bfq_wr_max_time;
976
977         dur = bfqd->rate_dur_prod;
978         do_div(dur, bfqd->peak_rate);
979
980         /*
981          * Limit duration between 3 and 25 seconds. The upper limit
982          * has been conservatively set after the following worst case:
983          * on a QEMU/KVM virtual machine
984          * - running in a slow PC
985          * - with a virtual disk stacked on a slow low-end 5400rpm HDD
986          * - serving a heavy I/O workload, such as the sequential reading
987          *   of several files
988          * mplayer took 23 seconds to start, if constantly weight-raised.
989          *
990          * As for higher values than that accommodating the above bad
991          * scenario, tests show that higher values would often yield
992          * the opposite of the desired result, i.e., would worsen
993          * responsiveness by allowing non-interactive applications to
994          * preserve weight raising for too long.
995          *
996          * On the other end, lower values than 3 seconds make it
997          * difficult for most interactive tasks to complete their jobs
998          * before weight-raising finishes.
999          */
1000         return clamp_val(dur, msecs_to_jiffies(3000), msecs_to_jiffies(25000));
1001 }
1002
1003 /* switch back from soft real-time to interactive weight raising */
1004 static void switch_back_to_interactive_wr(struct bfq_queue *bfqq,
1005                                           struct bfq_data *bfqd)
1006 {
1007         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
1008         bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
1009         bfqq->last_wr_start_finish = bfqq->wr_start_at_switch_to_srt;
1010 }
1011
1012 static void
1013 bfq_bfqq_resume_state(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_data *bfqd,
1014                       struct bfq_io_cq *bic, bool bfq_already_existing)
1015 {
1016         unsigned int old_wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
1017         bool busy = bfq_already_existing && bfq_bfqq_busy(bfqq);
1018
1019         if (bic->saved_has_short_ttime)
1020                 bfq_mark_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
1021         else
1022                 bfq_clear_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
1023
1024         if (bic->saved_IO_bound)
1025                 bfq_mark_bfqq_IO_bound(bfqq);
1026         else
1027                 bfq_clear_bfqq_IO_bound(bfqq);
1028
1029         bfqq->entity.new_weight = bic->saved_weight;
1030         bfqq->ttime = bic->saved_ttime;
1031         bfqq->wr_coeff = bic->saved_wr_coeff;
1032         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt = bic->saved_wr_start_at_switch_to_srt;
1033         bfqq->last_wr_start_finish = bic->saved_last_wr_start_finish;
1034         bfqq->wr_cur_max_time = bic->saved_wr_cur_max_time;
1035
1036         if (bfqq->wr_coeff > 1 && (bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq) ||
1037             time_is_before_jiffies(bfqq->last_wr_start_finish +
1038                                    bfqq->wr_cur_max_time))) {
1039                 if (bfqq->wr_cur_max_time == bfqd->bfq_wr_rt_max_time &&
1040                     !bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq) &&
1041                     time_is_after_eq_jiffies(bfqq->wr_start_at_switch_to_srt +
1042                                              bfq_wr_duration(bfqd))) {
1043                         switch_back_to_interactive_wr(bfqq, bfqd);
1044                 } else {
1045                         bfqq->wr_coeff = 1;
1046                         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq,
1047                                      "resume state: switching off wr");
1048                 }
1049         }
1050
1051         /* make sure weight will be updated, however we got here */
1052         bfqq->entity.prio_changed = 1;
1053
1054         if (likely(!busy))
1055                 return;
1056
1057         if (old_wr_coeff == 1 && bfqq->wr_coeff > 1)
1058                 bfqd->wr_busy_queues++;
1059         else if (old_wr_coeff > 1 && bfqq->wr_coeff == 1)
1060                 bfqd->wr_busy_queues--;
1061 }
1062
1063 static int bfqq_process_refs(struct bfq_queue *bfqq)
1064 {
1065         return bfqq->ref - bfqq->allocated - bfqq->entity.on_st -
1066                 (bfqq->weight_counter != NULL);
1067 }
1068
1069 /* Empty burst list and add just bfqq (see comments on bfq_handle_burst) */
1070 static void bfq_reset_burst_list(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
1071 {
1072         struct bfq_queue *item;
1073         struct hlist_node *n;
1074
1075         hlist_for_each_entry_safe(item, n, &bfqd->burst_list, burst_list_node)
1076                 hlist_del_init(&item->burst_list_node);
1077
1078         /*
1079          * Start the creation of a new burst list only if there is no
1080          * active queue. See comments on the conditional invocation of
1081          * bfq_handle_burst().
1082          */
1083         if (bfq_tot_busy_queues(bfqd) == 0) {
1084                 hlist_add_head(&bfqq->burst_list_node, &bfqd->burst_list);
1085                 bfqd->burst_size = 1;
1086         } else
1087                 bfqd->burst_size = 0;
1088
1089         bfqd->burst_parent_entity = bfqq->entity.parent;
1090 }
1091
1092 /* Add bfqq to the list of queues in current burst (see bfq_handle_burst) */
1093 static void bfq_add_to_burst(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
1094 {
1095         /* Increment burst size to take into account also bfqq */
1096         bfqd->burst_size++;
1097
1098         if (bfqd->burst_size == bfqd->bfq_large_burst_thresh) {
1099                 struct bfq_queue *pos, *bfqq_item;
1100                 struct hlist_node *n;
1101
1102                 /*
1103                  * Enough queues have been activated shortly after each
1104                  * other to consider this burst as large.
1105                  */
1106                 bfqd->large_burst = true;
1107
1108                 /*
1109                  * We can now mark all queues in the burst list as
1110                  * belonging to a large burst.
1111                  */
1112                 hlist_for_each_entry(bfqq_item, &bfqd->burst_list,
1113                                      burst_list_node)
1114                         bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq_item);
1115                 bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq);
1116
1117                 /*
1118                  * From now on, and until the current burst finishes, any
1119                  * new queue being activated shortly after the last queue
1120                  * was inserted in the burst can be immediately marked as
1121                  * belonging to a large burst. So the burst list is not
1122                  * needed any more. Remove it.
1123                  */
1124                 hlist_for_each_entry_safe(pos, n, &bfqd->burst_list,
1125                                           burst_list_node)
1126                         hlist_del_init(&pos->burst_list_node);
1127         } else /*
1128                 * Burst not yet large: add bfqq to the burst list. Do
1129                 * not increment the ref counter for bfqq, because bfqq
1130                 * is removed from the burst list before freeing bfqq
1131                 * in put_queue.
1132                 */
1133                 hlist_add_head(&bfqq->burst_list_node, &bfqd->burst_list);
1134 }
1135
1136 /*
1137  * If many queues belonging to the same group happen to be created
1138  * shortly after each other, then the processes associated with these
1139  * queues have typically a common goal. In particular, bursts of queue
1140  * creations are usually caused by services or applications that spawn
1141  * many parallel threads/processes. Examples are systemd during boot,
1142  * or git grep. To help these processes get their job done as soon as
1143  * possible, it is usually better to not grant either weight-raising
1144  * or device idling to their queues, unless these queues must be
1145  * protected from the I/O flowing through other active queues.
1146  *
1147  * In this comment we describe, firstly, the reasons why this fact
1148  * holds, and, secondly, the next function, which implements the main
1149  * steps needed to properly mark these queues so that they can then be
1150  * treated in a different way.
1151  *
1152  * The above services or applications benefit mostly from a high
1153  * throughput: the quicker the requests of the activated queues are
1154  * cumulatively served, the sooner the target job of these queues gets
1155  * completed. As a consequence, weight-raising any of these queues,
1156  * which also implies idling the device for it, is almost always
1157  * counterproductive, unless there are other active queues to isolate
1158  * these new queues from. If there no other active queues, then
1159  * weight-raising these new queues just lowers throughput in most
1160  * cases.
1161  *
1162  * On the other hand, a burst of queue creations may be caused also by
1163  * the start of an application that does not consist of a lot of
1164  * parallel I/O-bound threads. In fact, with a complex application,
1165  * several short processes may need to be executed to start-up the
1166  * application. In this respect, to start an application as quickly as
1167  * possible, the best thing to do is in any case to privilege the I/O
1168  * related to the application with respect to all other
1169  * I/O. Therefore, the best strategy to start as quickly as possible
1170  * an application that causes a burst of queue creations is to
1171  * weight-raise all the queues created during the burst. This is the
1172  * exact opposite of the best strategy for the other type of bursts.
1173  *
1174  * In the end, to take the best action for each of the two cases, the
1175  * two types of bursts need to be distinguished. Fortunately, this
1176  * seems relatively easy, by looking at the sizes of the bursts. In
1177  * particular, we found a threshold such that only bursts with a
1178  * larger size than that threshold are apparently caused by
1179  * services or commands such as systemd or git grep. For brevity,
1180  * hereafter we call just 'large' these bursts. BFQ *does not*
1181  * weight-raise queues whose creation occurs in a large burst. In
1182  * addition, for each of these queues BFQ performs or does not perform
1183  * idling depending on which choice boosts the throughput more. The
1184  * exact choice depends on the device and request pattern at
1185  * hand.
1186  *
1187  * Unfortunately, false positives may occur while an interactive task
1188  * is starting (e.g., an application is being started). The
1189  * consequence is that the queues associated with the task do not
1190  * enjoy weight raising as expected. Fortunately these false positives
1191  * are very rare. They typically occur if some service happens to
1192  * start doing I/O exactly when the interactive task starts.
1193  *
1194  * Turning back to the next function, it is invoked only if there are
1195  * no active queues (apart from active queues that would belong to the
1196  * same, possible burst bfqq would belong to), and it implements all
1197  * the steps needed to detect the occurrence of a large burst and to
1198  * properly mark all the queues belonging to it (so that they can then
1199  * be treated in a different way). This goal is achieved by
1200  * maintaining a "burst list" that holds, temporarily, the queues that
1201  * belong to the burst in progress. The list is then used to mark
1202  * these queues as belonging to a large burst if the burst does become
1203  * large. The main steps are the following.
1204  *
1205  * . when the very first queue is created, the queue is inserted into the
1206  *   list (as it could be the first queue in a possible burst)
1207  *
1208  * . if the current burst has not yet become large, and a queue Q that does
1209  *   not yet belong to the burst is activated shortly after the last time
1210  *   at which a new queue entered the burst list, then the function appends
1211  *   Q to the burst list
1212  *
1213  * . if, as a consequence of the previous step, the burst size reaches
1214  *   the large-burst threshold, then
1215  *
1216  *     . all the queues in the burst list are marked as belonging to a
1217  *       large burst
1218  *
1219  *     . the burst list is deleted; in fact, the burst list already served
1220  *       its purpose (keeping temporarily track of the queues in a burst,
1221  *       so as to be able to mark them as belonging to a large burst in the
1222  *       previous sub-step), and now is not needed any more
1223  *
1224  *     . the device enters a large-burst mode
1225  *
1226  * . if a queue Q that does not belong to the burst is created while
1227  *   the device is in large-burst mode and shortly after the last time
1228  *   at which a queue either entered the burst list or was marked as
1229  *   belonging to the current large burst, then Q is immediately marked
1230  *   as belonging to a large burst.
1231  *
1232  * . if a queue Q that does not belong to the burst is created a while
1233  *   later, i.e., not shortly after, than the last time at which a queue
1234  *   either entered the burst list or was marked as belonging to the
1235  *   current large burst, then the current burst is deemed as finished and:
1236  *
1237  *        . the large-burst mode is reset if set
1238  *
1239  *        . the burst list is emptied
1240  *
1241  *        . Q is inserted in the burst list, as Q may be the first queue
1242  *          in a possible new burst (then the burst list contains just Q
1243  *          after this step).
1244  */
1245 static void bfq_handle_burst(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
1246 {
1247         /*
1248          * If bfqq is already in the burst list or is part of a large
1249          * burst, or finally has just been split, then there is
1250          * nothing else to do.
1251          */
1252         if (!hlist_unhashed(&bfqq->burst_list_node) ||
1253             bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq) ||
1254             time_is_after_eq_jiffies(bfqq->split_time +
1255                                      msecs_to_jiffies(10)))
1256                 return;
1257
1258         /*
1259          * If bfqq's creation happens late enough, or bfqq belongs to
1260          * a different group than the burst group, then the current
1261          * burst is finished, and related data structures must be
1262          * reset.
1263          *
1264          * In this respect, consider the special case where bfqq is
1265          * the very first queue created after BFQ is selected for this
1266          * device. In this case, last_ins_in_burst and
1267          * burst_parent_entity are not yet significant when we get
1268          * here. But it is easy to verify that, whether or not the
1269          * following condition is true, bfqq will end up being
1270          * inserted into the burst list. In particular the list will
1271          * happen to contain only bfqq. And this is exactly what has
1272          * to happen, as bfqq may be the first queue of the first
1273          * burst.
1274          */
1275         if (time_is_before_jiffies(bfqd->last_ins_in_burst +
1276             bfqd->bfq_burst_interval) ||
1277             bfqq->entity.parent != bfqd->burst_parent_entity) {
1278                 bfqd->large_burst = false;
1279                 bfq_reset_burst_list(bfqd, bfqq);
1280                 goto end;
1281         }
1282
1283         /*
1284          * If we get here, then bfqq is being activated shortly after the
1285          * last queue. So, if the current burst is also large, we can mark
1286          * bfqq as belonging to this large burst immediately.
1287          */
1288         if (bfqd->large_burst) {
1289                 bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq);
1290                 goto end;
1291         }
1292
1293         /*
1294          * If we get here, then a large-burst state has not yet been
1295          * reached, but bfqq is being activated shortly after the last
1296          * queue. Then we add bfqq to the burst.
1297          */
1298         bfq_add_to_burst(bfqd, bfqq);
1299 end:
1300         /*
1301          * At this point, bfqq either has been added to the current
1302          * burst or has caused the current burst to terminate and a
1303          * possible new burst to start. In particular, in the second
1304          * case, bfqq has become the first queue in the possible new
1305          * burst.  In both cases last_ins_in_burst needs to be moved
1306          * forward.
1307          */
1308         bfqd->last_ins_in_burst = jiffies;
1309 }
1310
1311 static int bfq_bfqq_budget_left(struct bfq_queue *bfqq)
1312 {
1313         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
1314
1315         return entity->budget - entity->service;
1316 }
1317
1318 /*
1319  * If enough samples have been computed, return the current max budget
1320  * stored in bfqd, which is dynamically updated according to the
1321  * estimated disk peak rate; otherwise return the default max budget
1322  */
1323 static int bfq_max_budget(struct bfq_data *bfqd)
1324 {
1325         if (bfqd->budgets_assigned < bfq_stats_min_budgets)
1326                 return bfq_default_max_budget;
1327         else
1328                 return bfqd->bfq_max_budget;
1329 }
1330
1331 /*
1332  * Return min budget, which is a fraction of the current or default
1333  * max budget (trying with 1/32)
1334  */
1335 static int bfq_min_budget(struct bfq_data *bfqd)
1336 {
1337         if (bfqd->budgets_assigned < bfq_stats_min_budgets)
1338                 return bfq_default_max_budget / 32;
1339         else
1340                 return bfqd->bfq_max_budget / 32;
1341 }
1342
1343 /*
1344  * The next function, invoked after the input queue bfqq switches from
1345  * idle to busy, updates the budget of bfqq. The function also tells
1346  * whether the in-service queue should be expired, by returning
1347  * true. The purpose of expiring the in-service queue is to give bfqq
1348  * the chance to possibly preempt the in-service queue, and the reason
1349  * for preempting the in-service queue is to achieve one of the two
1350  * goals below.
1351  *
1352  * 1. Guarantee to bfqq its reserved bandwidth even if bfqq has
1353  * expired because it has remained idle. In particular, bfqq may have
1354  * expired for one of the following two reasons:
1355  *
1356  * - BFQQE_NO_MORE_REQUESTS bfqq did not enjoy any device idling
1357  *   and did not make it to issue a new request before its last
1358  *   request was served;
1359  *
1360  * - BFQQE_TOO_IDLE bfqq did enjoy device idling, but did not issue
1361  *   a new request before the expiration of the idling-time.
1362  *
1363  * Even if bfqq has expired for one of the above reasons, the process
1364  * associated with the queue may be however issuing requests greedily,
1365  * and thus be sensitive to the bandwidth it receives (bfqq may have
1366  * remained idle for other reasons: CPU high load, bfqq not enjoying
1367  * idling, I/O throttling somewhere in the path from the process to
1368  * the I/O scheduler, ...). But if, after every expiration for one of
1369  * the above two reasons, bfqq has to wait for the service of at least
1370  * one full budget of another queue before being served again, then
1371  * bfqq is likely to get a much lower bandwidth or resource time than
1372  * its reserved ones. To address this issue, two countermeasures need
1373  * to be taken.
1374  *
1375  * First, the budget and the timestamps of bfqq need to be updated in
1376  * a special way on bfqq reactivation: they need to be updated as if
1377  * bfqq did not remain idle and did not expire. In fact, if they are
1378  * computed as if bfqq expired and remained idle until reactivation,
1379  * then the process associated with bfqq is treated as if, instead of
1380  * being greedy, it stopped issuing requests when bfqq remained idle,
1381  * and restarts issuing requests only on this reactivation. In other
1382  * words, the scheduler does not help the process recover the "service
1383  * hole" between bfqq expiration and reactivation. As a consequence,
1384  * the process receives a lower bandwidth than its reserved one. In
1385  * contrast, to recover this hole, the budget must be updated as if
1386  * bfqq was not expired at all before this reactivation, i.e., it must
1387  * be set to the value of the remaining budget when bfqq was
1388  * expired. Along the same line, timestamps need to be assigned the
1389  * value they had the last time bfqq was selected for service, i.e.,
1390  * before last expiration. Thus timestamps need to be back-shifted
1391  * with respect to their normal computation (see [1] for more details
1392  * on this tricky aspect).
1393  *
1394  * Secondly, to allow the process to recover the hole, the in-service
1395  * queue must be expired too, to give bfqq the chance to preempt it
1396  * immediately. In fact, if bfqq has to wait for a full budget of the
1397  * in-service queue to be completed, then it may become impossible to
1398  * let the process recover the hole, even if the back-shifted
1399  * timestamps of bfqq are lower than those of the in-service queue. If
1400  * this happens for most or all of the holes, then the process may not
1401  * receive its reserved bandwidth. In this respect, it is worth noting
1402  * that, being the service of outstanding requests unpreemptible, a
1403  * little fraction of the holes may however be unrecoverable, thereby
1404  * causing a little loss of bandwidth.
1405  *
1406  * The last important point is detecting whether bfqq does need this
1407  * bandwidth recovery. In this respect, the next function deems the
1408  * process associated with bfqq greedy, and thus allows it to recover
1409  * the hole, if: 1) the process is waiting for the arrival of a new
1410  * request (which implies that bfqq expired for one of the above two
1411  * reasons), and 2) such a request has arrived soon. The first
1412  * condition is controlled through the flag non_blocking_wait_rq,
1413  * while the second through the flag arrived_in_time. If both
1414  * conditions hold, then the function computes the budget in the
1415  * above-described special way, and signals that the in-service queue
1416  * should be expired. Timestamp back-shifting is done later in
1417  * __bfq_activate_entity.
1418  *
1419  * 2. Reduce latency. Even if timestamps are not backshifted to let
1420  * the process associated with bfqq recover a service hole, bfqq may
1421  * however happen to have, after being (re)activated, a lower finish
1422  * timestamp than the in-service queue.  That is, the next budget of
1423  * bfqq may have to be completed before the one of the in-service
1424  * queue. If this is the case, then preempting the in-service queue
1425  * allows this goal to be achieved, apart from the unpreemptible,
1426  * outstanding requests mentioned above.
1427  *
1428  * Unfortunately, regardless of which of the above two goals one wants
1429  * to achieve, service trees need first to be updated to know whether
1430  * the in-service queue must be preempted. To have service trees
1431  * correctly updated, the in-service queue must be expired and
1432  * rescheduled, and bfqq must be scheduled too. This is one of the
1433  * most costly operations (in future versions, the scheduling
1434  * mechanism may be re-designed in such a way to make it possible to
1435  * know whether preemption is needed without needing to update service
1436  * trees). In addition, queue preemptions almost always cause random
1437  * I/O, which may in turn cause loss of throughput. Finally, there may
1438  * even be no in-service queue when the next function is invoked (so,
1439  * no queue to compare timestamps with). Because of these facts, the
1440  * next function adopts the following simple scheme to avoid costly
1441  * operations, too frequent preemptions and too many dependencies on
1442  * the state of the scheduler: it requests the expiration of the
1443  * in-service queue (unconditionally) only for queues that need to
1444  * recover a hole. Then it delegates to other parts of the code the
1445  * responsibility of handling the above case 2.
1446  */
1447 static bool bfq_bfqq_update_budg_for_activation(struct bfq_data *bfqd,
1448                                                 struct bfq_queue *bfqq,
1449                                                 bool arrived_in_time)
1450 {
1451         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
1452
1453         /*
1454          * In the next compound condition, we check also whether there
1455          * is some budget left, because otherwise there is no point in
1456          * trying to go on serving bfqq with this same budget: bfqq
1457          * would be expired immediately after being selected for
1458          * service. This would only cause useless overhead.
1459          */
1460         if (bfq_bfqq_non_blocking_wait_rq(bfqq) && arrived_in_time &&
1461             bfq_bfqq_budget_left(bfqq) > 0) {
1462                 /*
1463                  * We do not clear the flag non_blocking_wait_rq here, as
1464                  * the latter is used in bfq_activate_bfqq to signal
1465                  * that timestamps need to be back-shifted (and is
1466                  * cleared right after).
1467                  */
1468
1469                 /*
1470                  * In next assignment we rely on that either
1471                  * entity->service or entity->budget are not updated
1472                  * on expiration if bfqq is empty (see
1473                  * __bfq_bfqq_recalc_budget). Thus both quantities
1474                  * remain unchanged after such an expiration, and the
1475                  * following statement therefore assigns to
1476                  * entity->budget the remaining budget on such an
1477                  * expiration.
1478                  */
1479                 entity->budget = min_t(unsigned long,
1480                                        bfq_bfqq_budget_left(bfqq),
1481                                        bfqq->max_budget);
1482
1483                 /*
1484                  * At this point, we have used entity->service to get
1485                  * the budget left (needed for updating
1486                  * entity->budget). Thus we finally can, and have to,
1487                  * reset entity->service. The latter must be reset
1488                  * because bfqq would otherwise be charged again for
1489                  * the service it has received during its previous
1490                  * service slot(s).
1491                  */
1492                 entity->service = 0;
1493
1494                 return true;
1495         }
1496
1497         /*
1498          * We can finally complete expiration, by setting service to 0.
1499          */
1500         entity->service = 0;
1501         entity->budget = max_t(unsigned long, bfqq->max_budget,
1502                                bfq_serv_to_charge(bfqq->next_rq, bfqq));
1503         bfq_clear_bfqq_non_blocking_wait_rq(bfqq);
1504         return false;
1505 }
1506
1507 /*
1508  * Return the farthest past time instant according to jiffies
1509  * macros.
1510  */
1511 static unsigned long bfq_smallest_from_now(void)
1512 {
1513         return jiffies - MAX_JIFFY_OFFSET;
1514 }
1515
1516 static void bfq_update_bfqq_wr_on_rq_arrival(struct bfq_data *bfqd,
1517                                              struct bfq_queue *bfqq,
1518                                              unsigned int old_wr_coeff,
1519                                              bool wr_or_deserves_wr,
1520                                              bool interactive,
1521                                              bool in_burst,
1522                                              bool soft_rt)
1523 {
1524         if (old_wr_coeff == 1 && wr_or_deserves_wr) {
1525                 /* start a weight-raising period */
1526                 if (interactive) {
1527                         bfqq->service_from_wr = 0;
1528                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
1529                         bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
1530                 } else {
1531                         /*
1532                          * No interactive weight raising in progress
1533                          * here: assign minus infinity to
1534                          * wr_start_at_switch_to_srt, to make sure
1535                          * that, at the end of the soft-real-time
1536                          * weight raising periods that is starting
1537                          * now, no interactive weight-raising period
1538                          * may be wrongly considered as still in
1539                          * progress (and thus actually started by
1540                          * mistake).
1541                          */
1542                         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt =
1543                                 bfq_smallest_from_now();
1544                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff *
1545                                 BFQ_SOFTRT_WEIGHT_FACTOR;
1546                         bfqq->wr_cur_max_time =
1547                                 bfqd->bfq_wr_rt_max_time;
1548                 }
1549
1550                 /*
1551                  * If needed, further reduce budget to make sure it is
1552                  * close to bfqq's backlog, so as to reduce the
1553                  * scheduling-error component due to a too large
1554                  * budget. Do not care about throughput consequences,
1555                  * but only about latency. Finally, do not assign a
1556                  * too small budget either, to avoid increasing
1557                  * latency by causing too frequent expirations.
1558                  */
1559                 bfqq->entity.budget = min_t(unsigned long,
1560                                             bfqq->entity.budget,
1561                                             2 * bfq_min_budget(bfqd));
1562         } else if (old_wr_coeff > 1) {
1563                 if (interactive) { /* update wr coeff and duration */
1564                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
1565                         bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
1566                 } else if (in_burst)
1567                         bfqq->wr_coeff = 1;
1568                 else if (soft_rt) {
1569                         /*
1570                          * The application is now or still meeting the
1571                          * requirements for being deemed soft rt.  We
1572                          * can then correctly and safely (re)charge
1573                          * the weight-raising duration for the
1574                          * application with the weight-raising
1575                          * duration for soft rt applications.
1576                          *
1577                          * In particular, doing this recharge now, i.e.,
1578                          * before the weight-raising period for the
1579                          * application finishes, reduces the probability
1580                          * of the following negative scenario:
1581                          * 1) the weight of a soft rt application is
1582                          *    raised at startup (as for any newly
1583                          *    created application),
1584                          * 2) since the application is not interactive,
1585                          *    at a certain time weight-raising is
1586                          *    stopped for the application,
1587                          * 3) at that time the application happens to
1588                          *    still have pending requests, and hence
1589                          *    is destined to not have a chance to be
1590                          *    deemed soft rt before these requests are
1591                          *    completed (see the comments to the
1592                          *    function bfq_bfqq_softrt_next_start()
1593                          *    for details on soft rt detection),
1594                          * 4) these pending requests experience a high
1595                          *    latency because the application is not
1596                          *    weight-raised while they are pending.
1597                          */
1598                         if (bfqq->wr_cur_max_time !=
1599                                 bfqd->bfq_wr_rt_max_time) {
1600                                 bfqq->wr_start_at_switch_to_srt =
1601                                         bfqq->last_wr_start_finish;
1602
1603                                 bfqq->wr_cur_max_time =
1604                                         bfqd->bfq_wr_rt_max_time;
1605                                 bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff *
1606                                         BFQ_SOFTRT_WEIGHT_FACTOR;
1607                         }
1608                         bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
1609                 }
1610         }
1611 }
1612
1613 static bool bfq_bfqq_idle_for_long_time(struct bfq_data *bfqd,
1614                                         struct bfq_queue *bfqq)
1615 {
1616         return bfqq->dispatched == 0 &&
1617                 time_is_before_jiffies(
1618                         bfqq->budget_timeout +
1619                         bfqd->bfq_wr_min_idle_time);
1620 }
1621
1622
1623 /*
1624  * Return true if bfqq is in a higher priority class, or has a higher
1625  * weight than the in-service queue.
1626  */
1627 static bool bfq_bfqq_higher_class_or_weight(struct bfq_queue *bfqq,
1628                                             struct bfq_queue *in_serv_bfqq)
1629 {
1630         int bfqq_weight, in_serv_weight;
1631
1632         if (bfqq->ioprio_class < in_serv_bfqq->ioprio_class)
1633                 return true;
1634
1635         if (in_serv_bfqq->entity.parent == bfqq->entity.parent) {
1636                 bfqq_weight = bfqq->entity.weight;
1637                 in_serv_weight = in_serv_bfqq->entity.weight;
1638         } else {
1639                 if (bfqq->entity.parent)
1640                         bfqq_weight = bfqq->entity.parent->weight;
1641                 else
1642                         bfqq_weight = bfqq->entity.weight;
1643                 if (in_serv_bfqq->entity.parent)
1644                         in_serv_weight = in_serv_bfqq->entity.parent->weight;
1645                 else
1646                         in_serv_weight = in_serv_bfqq->entity.weight;
1647         }
1648
1649         return bfqq_weight > in_serv_weight;
1650 }
1651
1652 static void bfq_bfqq_handle_idle_busy_switch(struct bfq_data *bfqd,
1653                                              struct bfq_queue *bfqq,
1654                                              int old_wr_coeff,
1655                                              struct request *rq,
1656                                              bool *interactive)
1657 {
1658         bool soft_rt, in_burst, wr_or_deserves_wr,
1659                 bfqq_wants_to_preempt,
1660                 idle_for_long_time = bfq_bfqq_idle_for_long_time(bfqd, bfqq),
1661                 /*
1662                  * See the comments on
1663                  * bfq_bfqq_update_budg_for_activation for
1664                  * details on the usage of the next variable.
1665                  */
1666                 arrived_in_time =  ktime_get_ns() <=
1667                         bfqq->ttime.last_end_request +
1668                         bfqd->bfq_slice_idle * 3;
1669
1670
1671         /*
1672          * bfqq deserves to be weight-raised if:
1673          * - it is sync,
1674          * - it does not belong to a large burst,
1675          * - it has been idle for enough time or is soft real-time,
1676          * - is linked to a bfq_io_cq (it is not shared in any sense).
1677          */
1678         in_burst = bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq);
1679         soft_rt = bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate > 0 &&
1680                 !BFQQ_TOTALLY_SEEKY(bfqq) &&
1681                 !in_burst &&
1682                 time_is_before_jiffies(bfqq->soft_rt_next_start) &&
1683                 bfqq->dispatched == 0;
1684         *interactive = !in_burst && idle_for_long_time;
1685         wr_or_deserves_wr = bfqd->low_latency &&
1686                 (bfqq->wr_coeff > 1 ||
1687                  (bfq_bfqq_sync(bfqq) &&
1688                   bfqq->bic && (*interactive || soft_rt)));
1689
1690         /*
1691          * Using the last flag, update budget and check whether bfqq
1692          * may want to preempt the in-service queue.
1693          */
1694         bfqq_wants_to_preempt =
1695                 bfq_bfqq_update_budg_for_activation(bfqd, bfqq,
1696                                                     arrived_in_time);
1697
1698         /*
1699          * If bfqq happened to be activated in a burst, but has been
1700          * idle for much more than an interactive queue, then we
1701          * assume that, in the overall I/O initiated in the burst, the
1702          * I/O associated with bfqq is finished. So bfqq does not need
1703          * to be treated as a queue belonging to a burst
1704          * anymore. Accordingly, we reset bfqq's in_large_burst flag
1705          * if set, and remove bfqq from the burst list if it's
1706          * there. We do not decrement burst_size, because the fact
1707          * that bfqq does not need to belong to the burst list any
1708          * more does not invalidate the fact that bfqq was created in
1709          * a burst.
1710          */
1711         if (likely(!bfq_bfqq_just_created(bfqq)) &&
1712             idle_for_long_time &&
1713             time_is_before_jiffies(
1714                     bfqq->budget_timeout +
1715                     msecs_to_jiffies(10000))) {
1716                 hlist_del_init(&bfqq->burst_list_node);
1717                 bfq_clear_bfqq_in_large_burst(bfqq);
1718         }
1719
1720         bfq_clear_bfqq_just_created(bfqq);
1721
1722
1723         if (!bfq_bfqq_IO_bound(bfqq)) {
1724                 if (arrived_in_time) {
1725                         bfqq->requests_within_timer++;
1726                         if (bfqq->requests_within_timer >=
1727                             bfqd->bfq_requests_within_timer)
1728                                 bfq_mark_bfqq_IO_bound(bfqq);
1729                 } else
1730                         bfqq->requests_within_timer = 0;
1731         }
1732
1733         if (bfqd->low_latency) {
1734                 if (unlikely(time_is_after_jiffies(bfqq->split_time)))
1735                         /* wraparound */
1736                         bfqq->split_time =
1737                                 jiffies - bfqd->bfq_wr_min_idle_time - 1;
1738
1739                 if (time_is_before_jiffies(bfqq->split_time +
1740                                            bfqd->bfq_wr_min_idle_time)) {
1741                         bfq_update_bfqq_wr_on_rq_arrival(bfqd, bfqq,
1742                                                          old_wr_coeff,
1743                                                          wr_or_deserves_wr,
1744                                                          *interactive,
1745                                                          in_burst,
1746                                                          soft_rt);
1747
1748                         if (old_wr_coeff != bfqq->wr_coeff)
1749                                 bfqq->entity.prio_changed = 1;
1750                 }
1751         }
1752
1753         bfqq->last_idle_bklogged = jiffies;
1754         bfqq->service_from_backlogged = 0;
1755         bfq_clear_bfqq_softrt_update(bfqq);
1756
1757         bfq_add_bfqq_busy(bfqd, bfqq);
1758
1759         /*
1760          * Expire in-service queue only if preemption may be needed
1761          * for guarantees. In particular, we care only about two
1762          * cases. The first is that bfqq has to recover a service
1763          * hole, as explained in the comments on
1764          * bfq_bfqq_update_budg_for_activation(), i.e., that
1765          * bfqq_wants_to_preempt is true. However, if bfqq does not
1766          * carry time-critical I/O, then bfqq's bandwidth is less
1767          * important than that of queues that carry time-critical I/O.
1768          * So, as a further constraint, we consider this case only if
1769          * bfqq is at least as weight-raised, i.e., at least as time
1770          * critical, as the in-service queue.
1771          *
1772          * The second case is that bfqq is in a higher priority class,
1773          * or has a higher weight than the in-service queue. If this
1774          * condition does not hold, we don't care because, even if
1775          * bfqq does not start to be served immediately, the resulting
1776          * delay for bfqq's I/O is however lower or much lower than
1777          * the ideal completion time to be guaranteed to bfqq's I/O.
1778          *
1779          * In both cases, preemption is needed only if, according to
1780          * the timestamps of both bfqq and of the in-service queue,
1781          * bfqq actually is the next queue to serve. So, to reduce
1782          * useless preemptions, the return value of
1783          * next_queue_may_preempt() is considered in the next compound
1784          * condition too. Yet next_queue_may_preempt() just checks a
1785          * simple, necessary condition for bfqq to be the next queue
1786          * to serve. In fact, to evaluate a sufficient condition, the
1787          * timestamps of the in-service queue would need to be
1788          * updated, and this operation is quite costly (see the
1789          * comments on bfq_bfqq_update_budg_for_activation()).
1790          */
1791         if (bfqd->in_service_queue &&
1792             ((bfqq_wants_to_preempt &&
1793               bfqq->wr_coeff >= bfqd->in_service_queue->wr_coeff) ||
1794              bfq_bfqq_higher_class_or_weight(bfqq, bfqd->in_service_queue)) &&
1795             next_queue_may_preempt(bfqd))
1796                 bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqd->in_service_queue,
1797                                 false, BFQQE_PREEMPTED);
1798 }
1799
1800 static void bfq_reset_inject_limit(struct bfq_data *bfqd,
1801                                    struct bfq_queue *bfqq)
1802 {
1803         /* invalidate baseline total service time */
1804         bfqq->last_serv_time_ns = 0;
1805
1806         /*
1807          * Reset pointer in case we are waiting for
1808          * some request completion.
1809          */
1810         bfqd->waited_rq = NULL;
1811
1812         /*
1813          * If bfqq has a short think time, then start by setting the
1814          * inject limit to 0 prudentially, because the service time of
1815          * an injected I/O request may be higher than the think time
1816          * of bfqq, and therefore, if one request was injected when
1817          * bfqq remains empty, this injected request might delay the
1818          * service of the next I/O request for bfqq significantly. In
1819          * case bfqq can actually tolerate some injection, then the
1820          * adaptive update will however raise the limit soon. This
1821          * lucky circumstance holds exactly because bfqq has a short
1822          * think time, and thus, after remaining empty, is likely to
1823          * get new I/O enqueued---and then completed---before being
1824          * expired. This is the very pattern that gives the
1825          * limit-update algorithm the chance to measure the effect of
1826          * injection on request service times, and then to update the
1827          * limit accordingly.
1828          *
1829          * However, in the following special case, the inject limit is
1830          * left to 1 even if the think time is short: bfqq's I/O is
1831          * synchronized with that of some other queue, i.e., bfqq may
1832          * receive new I/O only after the I/O of the other queue is
1833          * completed. Keeping the inject limit to 1 allows the
1834          * blocking I/O to be served while bfqq is in service. And
1835          * this is very convenient both for bfqq and for overall
1836          * throughput, as explained in detail in the comments in
1837          * bfq_update_has_short_ttime().
1838          *
1839          * On the opposite end, if bfqq has a long think time, then
1840          * start directly by 1, because:
1841          * a) on the bright side, keeping at most one request in
1842          * service in the drive is unlikely to cause any harm to the
1843          * latency of bfqq's requests, as the service time of a single
1844          * request is likely to be lower than the think time of bfqq;
1845          * b) on the downside, after becoming empty, bfqq is likely to
1846          * expire before getting its next request. With this request
1847          * arrival pattern, it is very hard to sample total service
1848          * times and update the inject limit accordingly (see comments
1849          * on bfq_update_inject_limit()). So the limit is likely to be
1850          * never, or at least seldom, updated.  As a consequence, by
1851          * setting the limit to 1, we avoid that no injection ever
1852          * occurs with bfqq. On the downside, this proactive step
1853          * further reduces chances to actually compute the baseline
1854          * total service time. Thus it reduces chances to execute the
1855          * limit-update algorithm and possibly raise the limit to more
1856          * than 1.
1857          */
1858         if (bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq))
1859                 bfqq->inject_limit = 0;
1860         else
1861                 bfqq->inject_limit = 1;
1862
1863         bfqq->decrease_time_jif = jiffies;
1864 }
1865
1866 static void bfq_add_request(struct request *rq)
1867 {
1868         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
1869         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
1870         struct request *next_rq, *prev;
1871         unsigned int old_wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
1872         bool interactive = false;
1873
1874         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "add_request %d", rq_is_sync(rq));
1875         bfqq->queued[rq_is_sync(rq)]++;
1876         bfqd->queued++;
1877
1878         if (RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) && bfq_bfqq_sync(bfqq)) {
1879                 /*
1880                  * Detect whether bfqq's I/O seems synchronized with
1881                  * that of some other queue, i.e., whether bfqq, after
1882                  * remaining empty, happens to receive new I/O only
1883                  * right after some I/O request of the other queue has
1884                  * been completed. We call waker queue the other
1885                  * queue, and we assume, for simplicity, that bfqq may
1886                  * have at most one waker queue.
1887                  *
1888                  * A remarkable throughput boost can be reached by
1889                  * unconditionally injecting the I/O of the waker
1890                  * queue, every time a new bfq_dispatch_request
1891                  * happens to be invoked while I/O is being plugged
1892                  * for bfqq.  In addition to boosting throughput, this
1893                  * unblocks bfqq's I/O, thereby improving bandwidth
1894                  * and latency for bfqq. Note that these same results
1895                  * may be achieved with the general injection
1896                  * mechanism, but less effectively. For details on
1897                  * this aspect, see the comments on the choice of the
1898                  * queue for injection in bfq_select_queue().
1899                  *
1900                  * Turning back to the detection of a waker queue, a
1901                  * queue Q is deemed as a waker queue for bfqq if, for
1902                  * two consecutive times, bfqq happens to become non
1903                  * empty right after a request of Q has been
1904                  * completed. In particular, on the first time, Q is
1905                  * tentatively set as a candidate waker queue, while
1906                  * on the second time, the flag
1907                  * bfq_bfqq_has_waker(bfqq) is set to confirm that Q
1908                  * is a waker queue for bfqq. These detection steps
1909                  * are performed only if bfqq has a long think time,
1910                  * so as to make it more likely that bfqq's I/O is
1911                  * actually being blocked by a synchronization. This
1912                  * last filter, plus the above two-times requirement,
1913                  * make false positives less likely.
1914                  *
1915                  * NOTE
1916                  *
1917                  * The sooner a waker queue is detected, the sooner
1918                  * throughput can be boosted by injecting I/O from the
1919                  * waker queue. Fortunately, detection is likely to be
1920                  * actually fast, for the following reasons. While
1921                  * blocked by synchronization, bfqq has a long think
1922                  * time. This implies that bfqq's inject limit is at
1923                  * least equal to 1 (see the comments in
1924                  * bfq_update_inject_limit()). So, thanks to
1925                  * injection, the waker queue is likely to be served
1926                  * during the very first I/O-plugging time interval
1927                  * for bfqq. This triggers the first step of the
1928                  * detection mechanism. Thanks again to injection, the
1929                  * candidate waker queue is then likely to be
1930                  * confirmed no later than during the next
1931                  * I/O-plugging interval for bfqq.
1932                  */
1933                 if (bfqd->last_completed_rq_bfqq &&
1934                     !bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq) &&
1935                     ktime_get_ns() - bfqd->last_completion <
1936                     200 * NSEC_PER_USEC) {
1937                         if (bfqd->last_completed_rq_bfqq != bfqq &&
1938                             bfqd->last_completed_rq_bfqq !=
1939                             bfqq->waker_bfqq) {
1940                                 /*
1941                                  * First synchronization detected with
1942                                  * a candidate waker queue, or with a
1943                                  * different candidate waker queue
1944                                  * from the current one.
1945                                  */
1946                                 bfqq->waker_bfqq = bfqd->last_completed_rq_bfqq;
1947
1948                                 /*
1949                                  * If the waker queue disappears, then
1950                                  * bfqq->waker_bfqq must be reset. To
1951                                  * this goal, we maintain in each
1952                                  * waker queue a list, woken_list, of
1953                                  * all the queues that reference the
1954                                  * waker queue through their
1955                                  * waker_bfqq pointer. When the waker
1956                                  * queue exits, the waker_bfqq pointer
1957                                  * of all the queues in the woken_list
1958                                  * is reset.
1959                                  *
1960                                  * In addition, if bfqq is already in
1961                                  * the woken_list of a waker queue,
1962                                  * then, before being inserted into
1963                                  * the woken_list of a new waker
1964                                  * queue, bfqq must be removed from
1965                                  * the woken_list of the old waker
1966                                  * queue.
1967                                  */
1968                                 if (!hlist_unhashed(&bfqq->woken_list_node))
1969                                         hlist_del_init(&bfqq->woken_list_node);
1970                                 hlist_add_head(&bfqq->woken_list_node,
1971                                     &bfqd->last_completed_rq_bfqq->woken_list);
1972
1973                                 bfq_clear_bfqq_has_waker(bfqq);
1974                         } else if (bfqd->last_completed_rq_bfqq ==
1975                                    bfqq->waker_bfqq &&
1976                                    !bfq_bfqq_has_waker(bfqq)) {
1977                                 /*
1978                                  * synchronization with waker_bfqq
1979                                  * seen for the second time
1980                                  */
1981                                 bfq_mark_bfqq_has_waker(bfqq);
1982                         }
1983                 }
1984
1985                 /*
1986                  * Periodically reset inject limit, to make sure that
1987                  * the latter eventually drops in case workload
1988                  * changes, see step (3) in the comments on
1989                  * bfq_update_inject_limit().
1990                  */
1991                 if (time_is_before_eq_jiffies(bfqq->decrease_time_jif +
1992                                              msecs_to_jiffies(1000)))
1993                         bfq_reset_inject_limit(bfqd, bfqq);
1994
1995                 /*
1996                  * The following conditions must hold to setup a new
1997                  * sampling of total service time, and then a new
1998                  * update of the inject limit:
1999                  * - bfqq is in service, because the total service
2000                  *   time is evaluated only for the I/O requests of
2001                  *   the queues in service;
2002                  * - this is the right occasion to compute or to
2003                  *   lower the baseline total service time, because
2004                  *   there are actually no requests in the drive,
2005                  *   or
2006                  *   the baseline total service time is available, and
2007                  *   this is the right occasion to compute the other
2008                  *   quantity needed to update the inject limit, i.e.,
2009                  *   the total service time caused by the amount of
2010                  *   injection allowed by the current value of the
2011                  *   limit. It is the right occasion because injection
2012                  *   has actually been performed during the service
2013                  *   hole, and there are still in-flight requests,
2014                  *   which are very likely to be exactly the injected
2015                  *   requests, or part of them;
2016                  * - the minimum interval for sampling the total
2017                  *   service time and updating the inject limit has
2018                  *   elapsed.
2019                  */
2020                 if (bfqq == bfqd->in_service_queue &&
2021                     (bfqd->rq_in_driver == 0 ||
2022                      (bfqq->last_serv_time_ns > 0 &&
2023                       bfqd->rqs_injected && bfqd->rq_in_driver > 0)) &&
2024                     time_is_before_eq_jiffies(bfqq->decrease_time_jif +
2025                                               msecs_to_jiffies(10))) {
2026                         bfqd->last_empty_occupied_ns = ktime_get_ns();
2027                         /*
2028                          * Start the state machine for measuring the
2029                          * total service time of rq: setting
2030                          * wait_dispatch will cause bfqd->waited_rq to
2031                          * be set when rq will be dispatched.
2032                          */
2033                         bfqd->wait_dispatch = true;
2034                         /*
2035                          * If there is no I/O in service in the drive,
2036                          * then possible injection occurred before the
2037                          * arrival of rq will not affect the total
2038                          * service time of rq. So the injection limit
2039                          * must not be updated as a function of such
2040                          * total service time, unless new injection
2041                          * occurs before rq is completed. To have the
2042                          * injection limit updated only in the latter
2043                          * case, reset rqs_injected here (rqs_injected
2044                          * will be set in case injection is performed
2045                          * on bfqq before rq is completed).
2046                          */
2047                         if (bfqd->rq_in_driver == 0)
2048                                 bfqd->rqs_injected = false;
2049                 }
2050         }
2051
2052         elv_rb_add(&bfqq->sort_list, rq);
2053
2054         /*
2055          * Check if this request is a better next-serve candidate.
2056          */
2057         prev = bfqq->next_rq;
2058         next_rq = bfq_choose_req(bfqd, bfqq->next_rq, rq, bfqd->last_position);
2059         bfqq->next_rq = next_rq;
2060
2061         /*
2062          * Adjust priority tree position, if next_rq changes.
2063          * See comments on bfq_pos_tree_add_move() for the unlikely().
2064          */
2065         if (unlikely(!bfqd->nonrot_with_queueing && prev != bfqq->next_rq))
2066                 bfq_pos_tree_add_move(bfqd, bfqq);
2067
2068         if (!bfq_bfqq_busy(bfqq)) /* switching to busy ... */
2069                 bfq_bfqq_handle_idle_busy_switch(bfqd, bfqq, old_wr_coeff,
2070                                                  rq, &interactive);
2071         else {
2072                 if (bfqd->low_latency && old_wr_coeff == 1 && !rq_is_sync(rq) &&
2073                     time_is_before_jiffies(
2074                                 bfqq->last_wr_start_finish +
2075                                 bfqd->bfq_wr_min_inter_arr_async)) {
2076                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
2077                         bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
2078
2079                         bfqd->wr_busy_queues++;
2080                         bfqq->entity.prio_changed = 1;
2081                 }
2082                 if (prev != bfqq->next_rq)
2083                         bfq_updated_next_req(bfqd, bfqq);
2084         }
2085
2086         /*
2087          * Assign jiffies to last_wr_start_finish in the following
2088          * cases:
2089          *
2090          * . if bfqq is not going to be weight-raised, because, for
2091          *   non weight-raised queues, last_wr_start_finish stores the
2092          *   arrival time of the last request; as of now, this piece
2093          *   of information is used only for deciding whether to
2094          *   weight-raise async queues
2095          *
2096          * . if bfqq is not weight-raised, because, if bfqq is now
2097          *   switching to weight-raised, then last_wr_start_finish
2098          *   stores the time when weight-raising starts
2099          *
2100          * . if bfqq is interactive, because, regardless of whether
2101          *   bfqq is currently weight-raised, the weight-raising
2102          *   period must start or restart (this case is considered
2103          *   separately because it is not detected by the above
2104          *   conditions, if bfqq is already weight-raised)
2105          *
2106          * last_wr_start_finish has to be updated also if bfqq is soft
2107          * real-time, because the weight-raising period is constantly
2108          * restarted on idle-to-busy transitions for these queues, but
2109          * this is already done in bfq_bfqq_handle_idle_busy_switch if
2110          * needed.
2111          */
2112         if (bfqd->low_latency &&
2113                 (old_wr_coeff == 1 || bfqq->wr_coeff == 1 || interactive))
2114                 bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
2115 }
2116
2117 static struct request *bfq_find_rq_fmerge(struct bfq_data *bfqd,
2118                                           struct bio *bio,
2119                                           struct request_queue *q)
2120 {
2121         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->bio_bfqq;
2122
2123
2124         if (bfqq)
2125                 return elv_rb_find(&bfqq->sort_list, bio_end_sector(bio));
2126
2127         return NULL;
2128 }
2129
2130 static sector_t get_sdist(sector_t last_pos, struct request *rq)
2131 {
2132         if (last_pos)
2133                 return abs(blk_rq_pos(rq) - last_pos);
2134
2135         return 0;
2136 }
2137
2138 #if 0 /* Still not clear if we can do without next two functions */
2139 static void bfq_activate_request(struct request_queue *q, struct request *rq)
2140 {
2141         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
2142
2143         bfqd->rq_in_driver++;
2144 }
2145
2146 static void bfq_deactivate_request(struct request_queue *q, struct request *rq)
2147 {
2148         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
2149
2150         bfqd->rq_in_driver--;
2151 }
2152 #endif
2153
2154 static void bfq_remove_request(struct request_queue *q,
2155                                struct request *rq)
2156 {
2157         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
2158         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
2159         const int sync = rq_is_sync(rq);
2160
2161         if (bfqq->next_rq == rq) {
2162                 bfqq->next_rq = bfq_find_next_rq(bfqd, bfqq, rq);
2163                 bfq_updated_next_req(bfqd, bfqq);
2164         }
2165
2166         if (rq->queuelist.prev != &rq->queuelist)
2167                 list_del_init(&rq->queuelist);
2168         bfqq->queued[sync]--;
2169         bfqd->queued--;
2170         elv_rb_del(&bfqq->sort_list, rq);
2171
2172         elv_rqhash_del(q, rq);
2173         if (q->last_merge == rq)
2174                 q->last_merge = NULL;
2175
2176         if (RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list)) {
2177                 bfqq->next_rq = NULL;
2178
2179                 if (bfq_bfqq_busy(bfqq) && bfqq != bfqd->in_service_queue) {
2180                         bfq_del_bfqq_busy(bfqd, bfqq, false);
2181                         /*
2182                          * bfqq emptied. In normal operation, when
2183                          * bfqq is empty, bfqq->entity.service and
2184                          * bfqq->entity.budget must contain,
2185                          * respectively, the service received and the
2186                          * budget used last time bfqq emptied. These
2187                          * facts do not hold in this case, as at least
2188                          * this last removal occurred while bfqq is
2189                          * not in service. To avoid inconsistencies,
2190                          * reset both bfqq->entity.service and
2191                          * bfqq->entity.budget, if bfqq has still a
2192                          * process that may issue I/O requests to it.
2193                          */
2194                         bfqq->entity.budget = bfqq->entity.service = 0;
2195                 }
2196
2197                 /*
2198                  * Remove queue from request-position tree as it is empty.
2199                  */
2200                 if (bfqq->pos_root) {
2201                         rb_erase(&bfqq->pos_node, bfqq->pos_root);
2202                         bfqq->pos_root = NULL;
2203                 }
2204         } else {
2205                 /* see comments on bfq_pos_tree_add_move() for the unlikely() */
2206                 if (unlikely(!bfqd->nonrot_with_queueing))
2207                         bfq_pos_tree_add_move(bfqd, bfqq);
2208         }
2209
2210         if (rq->cmd_flags & REQ_META)
2211                 bfqq->meta_pending--;
2212
2213 }
2214
2215 static bool bfq_bio_merge(struct request_queue *q, struct bio *bio,
2216                 unsigned int nr_segs)
2217 {
2218         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
2219         struct request *free = NULL;
2220         /*
2221          * bfq_bic_lookup grabs the queue_lock: invoke it now and
2222          * store its return value for later use, to avoid nesting
2223          * queue_lock inside the bfqd->lock. We assume that the bic
2224          * returned by bfq_bic_lookup does not go away before
2225          * bfqd->lock is taken.
2226          */
2227         struct bfq_io_cq *bic = bfq_bic_lookup(bfqd, current->io_context, q);
2228         bool ret;
2229
2230         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
2231
2232         if (bic) {
2233                 /*
2234                  * Make sure cgroup info is uptodate for current process before
2235                  * considering the merge.
2236                  */
2237                 bfq_bic_update_cgroup(bic, bio);
2238
2239                 bfqd->bio_bfqq = bic_to_bfqq(bic, op_is_sync(bio->bi_opf));
2240         } else {
2241                 bfqd->bio_bfqq = NULL;
2242         }
2243         bfqd->bio_bic = bic;
2244
2245         ret = blk_mq_sched_try_merge(q, bio, nr_segs, &free);
2246
2247         if (free)
2248                 blk_mq_free_request(free);
2249         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
2250
2251         return ret;
2252 }
2253
2254 static int bfq_request_merge(struct request_queue *q, struct request **req,
2255                              struct bio *bio)
2256 {
2257         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
2258         struct request *__rq;
2259
2260         __rq = bfq_find_rq_fmerge(bfqd, bio, q);
2261         if (__rq && elv_bio_merge_ok(__rq, bio)) {
2262                 *req = __rq;
2263
2264                 if (blk_discard_mergable(__rq))
2265                         return ELEVATOR_DISCARD_MERGE;
2266                 return ELEVATOR_FRONT_MERGE;
2267         }
2268
2269         return ELEVATOR_NO_MERGE;
2270 }
2271
2272 static void bfq_request_merged(struct request_queue *q, struct request *req,
2273                                enum elv_merge type)
2274 {
2275         if (type == ELEVATOR_FRONT_MERGE &&
2276             rb_prev(&req->rb_node) &&
2277             blk_rq_pos(req) <
2278             blk_rq_pos(container_of(rb_prev(&req->rb_node),
2279                                     struct request, rb_node))) {
2280                 struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(req);
2281                 struct bfq_data *bfqd;
2282                 struct request *prev, *next_rq;
2283
2284                 if (!bfqq)
2285                         return;
2286
2287                 bfqd = bfqq->bfqd;
2288
2289                 /* Reposition request in its sort_list */
2290                 elv_rb_del(&bfqq->sort_list, req);
2291                 elv_rb_add(&bfqq->sort_list, req);
2292
2293                 /* Choose next request to be served for bfqq */
2294                 prev = bfqq->next_rq;
2295                 next_rq = bfq_choose_req(bfqd, bfqq->next_rq, req,
2296                                          bfqd->last_position);
2297                 bfqq->next_rq = next_rq;
2298                 /*
2299                  * If next_rq changes, update both the queue's budget to
2300                  * fit the new request and the queue's position in its
2301                  * rq_pos_tree.
2302                  */
2303                 if (prev != bfqq->next_rq) {
2304                         bfq_updated_next_req(bfqd, bfqq);
2305                         /*
2306                          * See comments on bfq_pos_tree_add_move() for
2307                          * the unlikely().
2308                          */
2309                         if (unlikely(!bfqd->nonrot_with_queueing))
2310                                 bfq_pos_tree_add_move(bfqd, bfqq);
2311                 }
2312         }
2313 }
2314
2315 /*
2316  * This function is called to notify the scheduler that the requests
2317  * rq and 'next' have been merged, with 'next' going away.  BFQ
2318  * exploits this hook to address the following issue: if 'next' has a
2319  * fifo_time lower that rq, then the fifo_time of rq must be set to
2320  * the value of 'next', to not forget the greater age of 'next'.
2321  *
2322  * NOTE: in this function we assume that rq is in a bfq_queue, basing
2323  * on that rq is picked from the hash table q->elevator->hash, which,
2324  * in its turn, is filled only with I/O requests present in
2325  * bfq_queues, while BFQ is in use for the request queue q. In fact,
2326  * the function that fills this hash table (elv_rqhash_add) is called
2327  * only by bfq_insert_request.
2328  */
2329 static void bfq_requests_merged(struct request_queue *q, struct request *rq,
2330                                 struct request *next)
2331 {
2332         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq),
2333                 *next_bfqq = RQ_BFQQ(next);
2334
2335         if (!bfqq)
2336                 return;
2337
2338         /*
2339          * If next and rq belong to the same bfq_queue and next is older
2340          * than rq, then reposition rq in the fifo (by substituting next
2341          * with rq). Otherwise, if next and rq belong to different
2342          * bfq_queues, never reposition rq: in fact, we would have to
2343          * reposition it with respect to next's position in its own fifo,
2344          * which would most certainly be too expensive with respect to
2345          * the benefits.
2346          */
2347         if (bfqq == next_bfqq &&
2348             !list_empty(&rq->queuelist) && !list_empty(&next->queuelist) &&
2349             next->fifo_time < rq->fifo_time) {
2350                 list_del_init(&rq->queuelist);
2351                 list_replace_init(&next->queuelist, &rq->queuelist);
2352                 rq->fifo_time = next->fifo_time;
2353         }
2354
2355         if (bfqq->next_rq == next)
2356                 bfqq->next_rq = rq;
2357
2358         bfqg_stats_update_io_merged(bfqq_group(bfqq), next->cmd_flags);
2359 }
2360
2361 /* Must be called with bfqq != NULL */
2362 static void bfq_bfqq_end_wr(struct bfq_queue *bfqq)
2363 {
2364         if (bfq_bfqq_busy(bfqq))
2365                 bfqq->bfqd->wr_busy_queues--;
2366         bfqq->wr_coeff = 1;
2367         bfqq->wr_cur_max_time = 0;
2368         bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
2369         /*
2370          * Trigger a weight change on the next invocation of
2371          * __bfq_entity_update_weight_prio.
2372          */
2373         bfqq->entity.prio_changed = 1;
2374 }
2375
2376 void bfq_end_wr_async_queues(struct bfq_data *bfqd,
2377                              struct bfq_group *bfqg)
2378 {
2379         int i, j;
2380
2381         for (i = 0; i < 2; i++)
2382                 for (j = 0; j < IOPRIO_BE_NR; j++)
2383                         if (bfqg->async_bfqq[i][j])
2384                                 bfq_bfqq_end_wr(bfqg->async_bfqq[i][j]);
2385         if (bfqg->async_idle_bfqq)
2386                 bfq_bfqq_end_wr(bfqg->async_idle_bfqq);
2387 }
2388
2389 static void bfq_end_wr(struct bfq_data *bfqd)
2390 {
2391         struct bfq_queue *bfqq;
2392
2393         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
2394
2395         list_for_each_entry(bfqq, &bfqd->active_list, bfqq_list)
2396                 bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
2397         list_for_each_entry(bfqq, &bfqd->idle_list, bfqq_list)
2398                 bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
2399         bfq_end_wr_async(bfqd);
2400
2401         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
2402 }
2403
2404 static sector_t bfq_io_struct_pos(void *io_struct, bool request)
2405 {
2406         if (request)
2407                 return blk_rq_pos(io_struct);
2408         else
2409                 return ((struct bio *)io_struct)->bi_iter.bi_sector;
2410 }
2411
2412 static int bfq_rq_close_to_sector(void *io_struct, bool request,
2413                                   sector_t sector)
2414 {
2415         return abs(bfq_io_struct_pos(io_struct, request) - sector) <=
2416                BFQQ_CLOSE_THR;
2417 }
2418
2419 static struct bfq_queue *bfqq_find_close(struct bfq_data *bfqd,
2420                                          struct bfq_queue *bfqq,
2421                                          sector_t sector)
2422 {
2423         struct rb_root *root = &bfq_bfqq_to_bfqg(bfqq)->rq_pos_tree;
2424         struct rb_node *parent, *node;
2425         struct bfq_queue *__bfqq;
2426
2427         if (RB_EMPTY_ROOT(root))
2428                 return NULL;
2429
2430         /*
2431          * First, if we find a request starting at the end of the last
2432          * request, choose it.
2433          */
2434         __bfqq = bfq_rq_pos_tree_lookup(bfqd, root, sector, &parent, NULL);
2435         if (__bfqq)
2436                 return __bfqq;
2437
2438         /*
2439          * If the exact sector wasn't found, the parent of the NULL leaf
2440          * will contain the closest sector (rq_pos_tree sorted by
2441          * next_request position).
2442          */
2443         __bfqq = rb_entry(parent, struct bfq_queue, pos_node);
2444         if (bfq_rq_close_to_sector(__bfqq->next_rq, true, sector))
2445                 return __bfqq;
2446
2447         if (blk_rq_pos(__bfqq->next_rq) < sector)
2448                 node = rb_next(&__bfqq->pos_node);
2449         else
2450                 node = rb_prev(&__bfqq->pos_node);
2451         if (!node)
2452                 return NULL;
2453
2454         __bfqq = rb_entry(node, struct bfq_queue, pos_node);
2455         if (bfq_rq_close_to_sector(__bfqq->next_rq, true, sector))
2456                 return __bfqq;
2457
2458         return NULL;
2459 }
2460
2461 static struct bfq_queue *bfq_find_close_cooperator(struct bfq_data *bfqd,
2462                                                    struct bfq_queue *cur_bfqq,
2463                                                    sector_t sector)
2464 {
2465         struct bfq_queue *bfqq;
2466
2467         /*
2468          * We shall notice if some of the queues are cooperating,
2469          * e.g., working closely on the same area of the device. In
2470          * that case, we can group them together and: 1) don't waste
2471          * time idling, and 2) serve the union of their requests in
2472          * the best possible order for throughput.
2473          */
2474         bfqq = bfqq_find_close(bfqd, cur_bfqq, sector);
2475         if (!bfqq || bfqq == cur_bfqq)
2476                 return NULL;
2477
2478         return bfqq;
2479 }
2480
2481 static struct bfq_queue *
2482 bfq_setup_merge(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_queue *new_bfqq)
2483 {
2484         int process_refs, new_process_refs;
2485         struct bfq_queue *__bfqq;
2486
2487         /*
2488          * If there are no process references on the new_bfqq, then it is
2489          * unsafe to follow the ->new_bfqq chain as other bfqq's in the chain
2490          * may have dropped their last reference (not just their last process
2491          * reference).
2492          */
2493         if (!bfqq_process_refs(new_bfqq))
2494                 return NULL;
2495
2496         /* Avoid a circular list and skip interim queue merges. */
2497         while ((__bfqq = new_bfqq->new_bfqq)) {
2498                 if (__bfqq == bfqq)
2499                         return NULL;
2500                 new_bfqq = __bfqq;
2501         }
2502
2503         process_refs = bfqq_process_refs(bfqq);
2504         new_process_refs = bfqq_process_refs(new_bfqq);
2505         /*
2506          * If the process for the bfqq has gone away, there is no
2507          * sense in merging the queues.
2508          */
2509         if (process_refs == 0 || new_process_refs == 0)
2510                 return NULL;
2511
2512         /*
2513          * Make sure merged queues belong to the same parent. Parents could
2514          * have changed since the time we decided the two queues are suitable
2515          * for merging.
2516          */
2517         if (new_bfqq->entity.parent != bfqq->entity.parent)
2518                 return NULL;
2519
2520         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "scheduling merge with queue %d",
2521                 new_bfqq->pid);
2522
2523         /*
2524          * Merging is just a redirection: the requests of the process
2525          * owning one of the two queues are redirected to the other queue.
2526          * The latter queue, in its turn, is set as shared if this is the
2527          * first time that the requests of some process are redirected to
2528          * it.
2529          *
2530          * We redirect bfqq to new_bfqq and not the opposite, because
2531          * we are in the context of the process owning bfqq, thus we
2532          * have the io_cq of this process. So we can immediately
2533          * configure this io_cq to redirect the requests of the
2534          * process to new_bfqq. In contrast, the io_cq of new_bfqq is
2535          * not available any more (new_bfqq->bic == NULL).
2536          *
2537          * Anyway, even in case new_bfqq coincides with the in-service
2538          * queue, redirecting requests the in-service queue is the
2539          * best option, as we feed the in-service queue with new
2540          * requests close to the last request served and, by doing so,
2541          * are likely to increase the throughput.
2542          */
2543         bfqq->new_bfqq = new_bfqq;
2544         /*
2545          * The above assignment schedules the following redirections:
2546          * each time some I/O for bfqq arrives, the process that
2547          * generated that I/O is disassociated from bfqq and
2548          * associated with new_bfqq. Here we increases new_bfqq->ref
2549          * in advance, adding the number of processes that are
2550          * expected to be associated with new_bfqq as they happen to
2551          * issue I/O.
2552          */
2553         new_bfqq->ref += process_refs;
2554         return new_bfqq;
2555 }
2556
2557 static bool bfq_may_be_close_cooperator(struct bfq_queue *bfqq,
2558                                         struct bfq_queue *new_bfqq)
2559 {
2560         if (bfq_too_late_for_merging(new_bfqq))
2561                 return false;
2562
2563         if (bfq_class_idle(bfqq) || bfq_class_idle(new_bfqq) ||
2564             (bfqq->ioprio_class != new_bfqq->ioprio_class))
2565                 return false;
2566
2567         /*
2568          * If either of the queues has already been detected as seeky,
2569          * then merging it with the other queue is unlikely to lead to
2570          * sequential I/O.
2571          */
2572         if (BFQQ_SEEKY(bfqq) || BFQQ_SEEKY(new_bfqq))
2573                 return false;
2574
2575         /*
2576          * Interleaved I/O is known to be done by (some) applications
2577          * only for reads, so it does not make sense to merge async
2578          * queues.
2579          */
2580         if (!bfq_bfqq_sync(bfqq) || !bfq_bfqq_sync(new_bfqq))
2581                 return false;
2582
2583         return true;
2584 }
2585
2586 /*
2587  * Attempt to schedule a merge of bfqq with the currently in-service
2588  * queue or with a close queue among the scheduled queues.  Return
2589  * NULL if no merge was scheduled, a pointer to the shared bfq_queue
2590  * structure otherwise.
2591  *
2592  * The OOM queue is not allowed to participate to cooperation: in fact, since
2593  * the requests temporarily redirected to the OOM queue could be redirected
2594  * again to dedicated queues at any time, the state needed to correctly
2595  * handle merging with the OOM queue would be quite complex and expensive
2596  * to maintain. Besides, in such a critical condition as an out of memory,
2597  * the benefits of queue merging may be little relevant, or even negligible.
2598  *
2599  * WARNING: queue merging may impair fairness among non-weight raised
2600  * queues, for at least two reasons: 1) the original weight of a
2601  * merged queue may change during the merged state, 2) even being the
2602  * weight the same, a merged queue may be bloated with many more
2603  * requests than the ones produced by its originally-associated
2604  * process.
2605  */
2606 static struct bfq_queue *
2607 bfq_setup_cooperator(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
2608                      void *io_struct, bool request)
2609 {
2610         struct bfq_queue *in_service_bfqq, *new_bfqq;
2611
2612         /* if a merge has already been setup, then proceed with that first */
2613         if (bfqq->new_bfqq)
2614                 return bfqq->new_bfqq;
2615
2616         /*
2617          * Do not perform queue merging if the device is non
2618          * rotational and performs internal queueing. In fact, such a
2619          * device reaches a high speed through internal parallelism
2620          * and pipelining. This means that, to reach a high
2621          * throughput, it must have many requests enqueued at the same
2622          * time. But, in this configuration, the internal scheduling
2623          * algorithm of the device does exactly the job of queue
2624          * merging: it reorders requests so as to obtain as much as
2625          * possible a sequential I/O pattern. As a consequence, with
2626          * the workload generated by processes doing interleaved I/O,
2627          * the throughput reached by the device is likely to be the
2628          * same, with and without queue merging.
2629          *
2630          * Disabling merging also provides a remarkable benefit in
2631          * terms of throughput. Merging tends to make many workloads
2632          * artificially more uneven, because of shared queues
2633          * remaining non empty for incomparably more time than
2634          * non-merged queues. This may accentuate workload
2635          * asymmetries. For example, if one of the queues in a set of
2636          * merged queues has a higher weight than a normal queue, then
2637          * the shared queue may inherit such a high weight and, by
2638          * staying almost always active, may force BFQ to perform I/O
2639          * plugging most of the time. This evidently makes it harder
2640          * for BFQ to let the device reach a high throughput.
2641          *
2642          * Finally, the likely() macro below is not used because one
2643          * of the two branches is more likely than the other, but to
2644          * have the code path after the following if() executed as
2645          * fast as possible for the case of a non rotational device
2646          * with queueing. We want it because this is the fastest kind
2647          * of device. On the opposite end, the likely() may lengthen
2648          * the execution time of BFQ for the case of slower devices
2649          * (rotational or at least without queueing). But in this case
2650          * the execution time of BFQ matters very little, if not at
2651          * all.
2652          */
2653         if (likely(bfqd->nonrot_with_queueing))
2654                 return NULL;
2655
2656         /*
2657          * Prevent bfqq from being merged if it has been created too
2658          * long ago. The idea is that true cooperating processes, and
2659          * thus their associated bfq_queues, are supposed to be
2660          * created shortly after each other. This is the case, e.g.,
2661          * for KVM/QEMU and dump I/O threads. Basing on this
2662          * assumption, the following filtering greatly reduces the
2663          * probability that two non-cooperating processes, which just
2664          * happen to do close I/O for some short time interval, have
2665          * their queues merged by mistake.
2666          */
2667         if (bfq_too_late_for_merging(bfqq))
2668                 return NULL;
2669
2670         if (!io_struct || unlikely(bfqq == &bfqd->oom_bfqq))
2671                 return NULL;
2672
2673         /* If there is only one backlogged queue, don't search. */
2674         if (bfq_tot_busy_queues(bfqd) == 1)
2675                 return NULL;
2676
2677         in_service_bfqq = bfqd->in_service_queue;
2678
2679         if (in_service_bfqq && in_service_bfqq != bfqq &&
2680             likely(in_service_bfqq != &bfqd->oom_bfqq) &&
2681             bfq_rq_close_to_sector(io_struct, request,
2682                                    bfqd->in_serv_last_pos) &&
2683             bfqq->entity.parent == in_service_bfqq->entity.parent &&
2684             bfq_may_be_close_cooperator(bfqq, in_service_bfqq)) {
2685                 new_bfqq = bfq_setup_merge(bfqq, in_service_bfqq);
2686                 if (new_bfqq)
2687                         return new_bfqq;
2688         }
2689         /*
2690          * Check whether there is a cooperator among currently scheduled
2691          * queues. The only thing we need is that the bio/request is not
2692          * NULL, as we need it to establish whether a cooperator exists.
2693          */
2694         new_bfqq = bfq_find_close_cooperator(bfqd, bfqq,
2695                         bfq_io_struct_pos(io_struct, request));
2696
2697         if (new_bfqq && likely(new_bfqq != &bfqd->oom_bfqq) &&
2698             bfq_may_be_close_cooperator(bfqq, new_bfqq))
2699                 return bfq_setup_merge(bfqq, new_bfqq);
2700
2701         return NULL;
2702 }
2703
2704 static void bfq_bfqq_save_state(struct bfq_queue *bfqq)
2705 {
2706         struct bfq_io_cq *bic = bfqq->bic;
2707
2708         /*
2709          * If !bfqq->bic, the queue is already shared or its requests
2710          * have already been redirected to a shared queue; both idle window
2711          * and weight raising state have already been saved. Do nothing.
2712          */
2713         if (!bic)
2714                 return;
2715
2716         bic->saved_weight = bfqq->entity.orig_weight;
2717         bic->saved_ttime = bfqq->ttime;
2718         bic->saved_has_short_ttime = bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
2719         bic->saved_IO_bound = bfq_bfqq_IO_bound(bfqq);
2720         bic->saved_in_large_burst = bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq);
2721         bic->was_in_burst_list = !hlist_unhashed(&bfqq->burst_list_node);
2722         if (unlikely(bfq_bfqq_just_created(bfqq) &&
2723                      !bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq) &&
2724                      bfqq->bfqd->low_latency)) {
2725                 /*
2726                  * bfqq being merged right after being created: bfqq
2727                  * would have deserved interactive weight raising, but
2728                  * did not make it to be set in a weight-raised state,
2729                  * because of this early merge. Store directly the
2730                  * weight-raising state that would have been assigned
2731                  * to bfqq, so that to avoid that bfqq unjustly fails
2732                  * to enjoy weight raising if split soon.
2733                  */
2734                 bic->saved_wr_coeff = bfqq->bfqd->bfq_wr_coeff;
2735                 bic->saved_wr_start_at_switch_to_srt = bfq_smallest_from_now();
2736                 bic->saved_wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqq->bfqd);
2737                 bic->saved_last_wr_start_finish = jiffies;
2738         } else {
2739                 bic->saved_wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
2740                 bic->saved_wr_start_at_switch_to_srt =
2741                         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt;
2742                 bic->saved_last_wr_start_finish = bfqq->last_wr_start_finish;
2743                 bic->saved_wr_cur_max_time = bfqq->wr_cur_max_time;
2744         }
2745 }
2746
2747 void bfq_release_process_ref(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
2748 {
2749         /*
2750          * To prevent bfqq's service guarantees from being violated,
2751          * bfqq may be left busy, i.e., queued for service, even if
2752          * empty (see comments in __bfq_bfqq_expire() for
2753          * details). But, if no process will send requests to bfqq any
2754          * longer, then there is no point in keeping bfqq queued for
2755          * service. In addition, keeping bfqq queued for service, but
2756          * with no process ref any longer, may have caused bfqq to be
2757          * freed when dequeued from service. But this is assumed to
2758          * never happen.
2759          */
2760         if (bfq_bfqq_busy(bfqq) && RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) &&
2761             bfqq != bfqd->in_service_queue)
2762                 bfq_del_bfqq_busy(bfqd, bfqq, false);
2763
2764         bfq_put_queue(bfqq);
2765 }
2766
2767 static void
2768 bfq_merge_bfqqs(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_io_cq *bic,
2769                 struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_queue *new_bfqq)
2770 {
2771         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "merging with queue %lu",
2772                 (unsigned long)new_bfqq->pid);
2773         /* Save weight raising and idle window of the merged queues */
2774         bfq_bfqq_save_state(bfqq);
2775         bfq_bfqq_save_state(new_bfqq);
2776         if (bfq_bfqq_IO_bound(bfqq))
2777                 bfq_mark_bfqq_IO_bound(new_bfqq);
2778         bfq_clear_bfqq_IO_bound(bfqq);
2779
2780         /*
2781          * If bfqq is weight-raised, then let new_bfqq inherit
2782          * weight-raising. To reduce false positives, neglect the case
2783          * where bfqq has just been created, but has not yet made it
2784          * to be weight-raised (which may happen because EQM may merge
2785          * bfqq even before bfq_add_request is executed for the first
2786          * time for bfqq). Handling this case would however be very
2787          * easy, thanks to the flag just_created.
2788          */
2789         if (new_bfqq->wr_coeff == 1 && bfqq->wr_coeff > 1) {
2790                 new_bfqq->wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
2791                 new_bfqq->wr_cur_max_time = bfqq->wr_cur_max_time;
2792                 new_bfqq->last_wr_start_finish = bfqq->last_wr_start_finish;
2793                 new_bfqq->wr_start_at_switch_to_srt =
2794                         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt;
2795                 if (bfq_bfqq_busy(new_bfqq))
2796                         bfqd->wr_busy_queues++;
2797                 new_bfqq->entity.prio_changed = 1;
2798         }
2799
2800         if (bfqq->wr_coeff > 1) { /* bfqq has given its wr to new_bfqq */
2801                 bfqq->wr_coeff = 1;
2802                 bfqq->entity.prio_changed = 1;
2803                 if (bfq_bfqq_busy(bfqq))
2804                         bfqd->wr_busy_queues--;
2805         }
2806
2807         bfq_log_bfqq(bfqd, new_bfqq, "merge_bfqqs: wr_busy %d",
2808                      bfqd->wr_busy_queues);
2809
2810         /*
2811          * Merge queues (that is, let bic redirect its requests to new_bfqq)
2812          */
2813         bic_set_bfqq(bic, new_bfqq, 1);
2814         bfq_mark_bfqq_coop(new_bfqq);
2815         /*
2816          * new_bfqq now belongs to at least two bics (it is a shared queue):
2817          * set new_bfqq->bic to NULL. bfqq either:
2818          * - does not belong to any bic any more, and hence bfqq->bic must
2819          *   be set to NULL, or
2820          * - is a queue whose owning bics have already been redirected to a
2821          *   different queue, hence the queue is destined to not belong to
2822          *   any bic soon and bfqq->bic is already NULL (therefore the next
2823          *   assignment causes no harm).
2824          */
2825         new_bfqq->bic = NULL;
2826         /*
2827          * If the queue is shared, the pid is the pid of one of the associated
2828          * processes. Which pid depends on the exact sequence of merge events
2829          * the queue underwent. So printing such a pid is useless and confusing
2830          * because it reports a random pid between those of the associated
2831          * processes.
2832          * We mark such a queue with a pid -1, and then print SHARED instead of
2833          * a pid in logging messages.
2834          */
2835         new_bfqq->pid = -1;
2836         bfqq->bic = NULL;
2837         bfq_release_process_ref(bfqd, bfqq);
2838 }
2839
2840 static bool bfq_allow_bio_merge(struct request_queue *q, struct request *rq,
2841                                 struct bio *bio)
2842 {
2843         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
2844         bool is_sync = op_is_sync(bio->bi_opf);
2845         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->bio_bfqq, *new_bfqq;
2846
2847         /*
2848          * Disallow merge of a sync bio into an async request.
2849          */
2850         if (is_sync && !rq_is_sync(rq))
2851                 return false;
2852
2853         /*
2854          * Lookup the bfqq that this bio will be queued with. Allow
2855          * merge only if rq is queued there.
2856          */
2857         if (!bfqq)
2858                 return false;
2859
2860         /*
2861          * We take advantage of this function to perform an early merge
2862          * of the queues of possible cooperating processes.
2863          */
2864         new_bfqq = bfq_setup_cooperator(bfqd, bfqq, bio, false);
2865         if (new_bfqq) {
2866                 /*
2867                  * bic still points to bfqq, then it has not yet been
2868                  * redirected to some other bfq_queue, and a queue
2869                  * merge between bfqq and new_bfqq can be safely
2870                  * fulfilled, i.e., bic can be redirected to new_bfqq
2871                  * and bfqq can be put.
2872                  */
2873                 bfq_merge_bfqqs(bfqd, bfqd->bio_bic, bfqq,
2874                                 new_bfqq);
2875                 /*
2876                  * If we get here, bio will be queued into new_queue,
2877                  * so use new_bfqq to decide whether bio and rq can be
2878                  * merged.
2879                  */
2880                 bfqq = new_bfqq;
2881
2882                 /*
2883                  * Change also bqfd->bio_bfqq, as
2884                  * bfqd->bio_bic now points to new_bfqq, and
2885                  * this function may be invoked again (and then may
2886                  * use again bqfd->bio_bfqq).
2887                  */
2888                 bfqd->bio_bfqq = bfqq;
2889         }
2890
2891         return bfqq == RQ_BFQQ(rq);
2892 }
2893
2894 /*
2895  * Set the maximum time for the in-service queue to consume its
2896  * budget. This prevents seeky processes from lowering the throughput.
2897  * In practice, a time-slice service scheme is used with seeky
2898  * processes.
2899  */
2900 static void bfq_set_budget_timeout(struct bfq_data *bfqd,
2901                                    struct bfq_queue *bfqq)
2902 {
2903         unsigned int timeout_coeff;
2904
2905         if (bfqq->wr_cur_max_time == bfqd->bfq_wr_rt_max_time)
2906                 timeout_coeff = 1;
2907         else
2908                 timeout_coeff = bfqq->entity.weight / bfqq->entity.orig_weight;
2909
2910         bfqd->last_budget_start = ktime_get();
2911
2912         bfqq->budget_timeout = jiffies +
2913                 bfqd->bfq_timeout * timeout_coeff;
2914 }
2915
2916 static void __bfq_set_in_service_queue(struct bfq_data *bfqd,
2917                                        struct bfq_queue *bfqq)
2918 {
2919         if (bfqq) {
2920                 bfq_clear_bfqq_fifo_expire(bfqq);
2921
2922                 bfqd->budgets_assigned = (bfqd->budgets_assigned * 7 + 256) / 8;
2923
2924                 if (time_is_before_jiffies(bfqq->last_wr_start_finish) &&
2925                     bfqq->wr_coeff > 1 &&
2926                     bfqq->wr_cur_max_time == bfqd->bfq_wr_rt_max_time &&
2927                     time_is_before_jiffies(bfqq->budget_timeout)) {
2928                         /*
2929                          * For soft real-time queues, move the start
2930                          * of the weight-raising period forward by the
2931                          * time the queue has not received any
2932                          * service. Otherwise, a relatively long
2933                          * service delay is likely to cause the
2934                          * weight-raising period of the queue to end,
2935                          * because of the short duration of the
2936                          * weight-raising period of a soft real-time
2937                          * queue.  It is worth noting that this move
2938                          * is not so dangerous for the other queues,
2939                          * because soft real-time queues are not
2940                          * greedy.
2941                          *
2942                          * To not add a further variable, we use the
2943                          * overloaded field budget_timeout to
2944                          * determine for how long the queue has not
2945                          * received service, i.e., how much time has
2946                          * elapsed since the queue expired. However,
2947                          * this is a little imprecise, because
2948                          * budget_timeout is set to jiffies if bfqq
2949                          * not only expires, but also remains with no
2950                          * request.
2951                          */
2952                         if (time_after(bfqq->budget_timeout,
2953                                        bfqq->last_wr_start_finish))
2954                                 bfqq->last_wr_start_finish +=
2955                                         jiffies - bfqq->budget_timeout;
2956                         else
2957                                 bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
2958                 }
2959
2960                 bfq_set_budget_timeout(bfqd, bfqq);
2961                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq,
2962                              "set_in_service_queue, cur-budget = %d",
2963                              bfqq->entity.budget);
2964         }
2965
2966         bfqd->in_service_queue = bfqq;
2967         bfqd->in_serv_last_pos = 0;
2968 }
2969
2970 /*
2971  * Get and set a new queue for service.
2972  */
2973 static struct bfq_queue *bfq_set_in_service_queue(struct bfq_data *bfqd)
2974 {
2975         struct bfq_queue *bfqq = bfq_get_next_queue(bfqd);
2976
2977         __bfq_set_in_service_queue(bfqd, bfqq);
2978         return bfqq;
2979 }
2980
2981 static void bfq_arm_slice_timer(struct bfq_data *bfqd)
2982 {
2983         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->in_service_queue;
2984         u32 sl;
2985
2986         bfq_mark_bfqq_wait_request(bfqq);
2987
2988         /*
2989          * We don't want to idle for seeks, but we do want to allow
2990          * fair distribution of slice time for a process doing back-to-back
2991          * seeks. So allow a little bit of time for him to submit a new rq.
2992          */
2993         sl = bfqd->bfq_slice_idle;
2994         /*
2995          * Unless the queue is being weight-raised or the scenario is
2996          * asymmetric, grant only minimum idle time if the queue
2997          * is seeky. A long idling is preserved for a weight-raised
2998          * queue, or, more in general, in an asymmetric scenario,
2999          * because a long idling is needed for guaranteeing to a queue
3000          * its reserved share of the throughput (in particular, it is
3001          * needed if the queue has a higher weight than some other
3002          * queue).
3003          */
3004         if (BFQQ_SEEKY(bfqq) && bfqq->wr_coeff == 1 &&
3005             !bfq_asymmetric_scenario(bfqd, bfqq))
3006                 sl = min_t(u64, sl, BFQ_MIN_TT);
3007         else if (bfqq->wr_coeff > 1)
3008                 sl = max_t(u32, sl, 20ULL * NSEC_PER_MSEC);
3009
3010         bfqd->last_idling_start = ktime_get();
3011         bfqd->last_idling_start_jiffies = jiffies;
3012
3013         hrtimer_start(&bfqd->idle_slice_timer, ns_to_ktime(sl),
3014                       HRTIMER_MODE_REL);
3015         bfqg_stats_set_start_idle_time(bfqq_group(bfqq));
3016 }
3017
3018 /*
3019  * In autotuning mode, max_budget is dynamically recomputed as the
3020  * amount of sectors transferred in timeout at the estimated peak
3021  * rate. This enables BFQ to utilize a full timeslice with a full
3022  * budget, even if the in-service queue is served at peak rate. And
3023  * this maximises throughput with sequential workloads.
3024  */
3025 static unsigned long bfq_calc_max_budget(struct bfq_data *bfqd)
3026 {
3027         return (u64)bfqd->peak_rate * USEC_PER_MSEC *
3028                 jiffies_to_msecs(bfqd->bfq_timeout)>>BFQ_RATE_SHIFT;
3029 }
3030
3031 /*
3032  * Update parameters related to throughput and responsiveness, as a
3033  * function of the estimated peak rate. See comments on
3034  * bfq_calc_max_budget(), and on the ref_wr_duration array.
3035  */
3036 static void update_thr_responsiveness_params(struct bfq_data *bfqd)
3037 {
3038         if (bfqd->bfq_user_max_budget == 0) {
3039                 bfqd->bfq_max_budget =
3040                         bfq_calc_max_budget(bfqd);
3041                 bfq_log(bfqd, "new max_budget = %d", bfqd->bfq_max_budget);
3042         }
3043 }
3044
3045 static void bfq_reset_rate_computation(struct bfq_data *bfqd,
3046                                        struct request *rq)
3047 {
3048         if (rq != NULL) { /* new rq dispatch now, reset accordingly */
3049                 bfqd->last_dispatch = bfqd->first_dispatch = ktime_get_ns();
3050                 bfqd->peak_rate_samples = 1;
3051                 bfqd->sequential_samples = 0;
3052                 bfqd->tot_sectors_dispatched = bfqd->last_rq_max_size =
3053                         blk_rq_sectors(rq);
3054         } else /* no new rq dispatched, just reset the number of samples */
3055                 bfqd->peak_rate_samples = 0; /* full re-init on next disp. */
3056
3057         bfq_log(bfqd,
3058                 "reset_rate_computation at end, sample %u/%u tot_sects %llu",
3059                 bfqd->peak_rate_samples, bfqd->sequential_samples,
3060                 bfqd->tot_sectors_dispatched);
3061 }
3062
3063 static void bfq_update_rate_reset(struct bfq_data *bfqd, struct request *rq)
3064 {
3065         u32 rate, weight, divisor;
3066
3067         /*
3068          * For the convergence property to hold (see comments on
3069          * bfq_update_peak_rate()) and for the assessment to be
3070          * reliable, a minimum number of samples must be present, and
3071          * a minimum amount of time must have elapsed. If not so, do
3072          * not compute new rate. Just reset parameters, to get ready
3073          * for a new evaluation attempt.
3074          */
3075         if (bfqd->peak_rate_samples < BFQ_RATE_MIN_SAMPLES ||
3076             bfqd->delta_from_first < BFQ_RATE_MIN_INTERVAL)
3077                 goto reset_computation;
3078
3079         /*
3080          * If a new request completion has occurred after last
3081          * dispatch, then, to approximate the rate at which requests
3082          * have been served by the device, it is more precise to
3083          * extend the observation interval to the last completion.
3084          */
3085         bfqd->delta_from_first =
3086                 max_t(u64, bfqd->delta_from_first,
3087                       bfqd->last_completion - bfqd->first_dispatch);
3088
3089         /*
3090          * Rate computed in sects/usec, and not sects/nsec, for
3091          * precision issues.
3092          */
3093         rate = div64_ul(bfqd->tot_sectors_dispatched<<BFQ_RATE_SHIFT,
3094                         div_u64(bfqd->delta_from_first, NSEC_PER_USEC));
3095
3096         /*
3097          * Peak rate not updated if:
3098          * - the percentage of sequential dispatches is below 3/4 of the
3099          *   total, and rate is below the current estimated peak rate
3100          * - rate is unreasonably high (> 20M sectors/sec)
3101          */
3102         if ((bfqd->sequential_samples < (3 * bfqd->peak_rate_samples)>>2 &&
3103              rate <= bfqd->peak_rate) ||
3104                 rate > 20<<BFQ_RATE_SHIFT)
3105                 goto reset_computation;
3106
3107         /*
3108          * We have to update the peak rate, at last! To this purpose,
3109          * we use a low-pass filter. We compute the smoothing constant
3110          * of the filter as a function of the 'weight' of the new
3111          * measured rate.
3112          *
3113          * As can be seen in next formulas, we define this weight as a
3114          * quantity proportional to how sequential the workload is,
3115          * and to how long the observation time interval is.
3116          *
3117          * The weight runs from 0 to 8. The maximum value of the
3118          * weight, 8, yields the minimum value for the smoothing
3119          * constant. At this minimum value for the smoothing constant,
3120          * the measured rate contributes for half of the next value of
3121          * the estimated peak rate.
3122          *
3123          * So, the first step is to compute the weight as a function
3124          * of how sequential the workload is. Note that the weight
3125          * cannot reach 9, because bfqd->sequential_samples cannot
3126          * become equal to bfqd->peak_rate_samples, which, in its
3127          * turn, holds true because bfqd->sequential_samples is not
3128          * incremented for the first sample.
3129          */
3130         weight = (9 * bfqd->sequential_samples) / bfqd->peak_rate_samples;
3131
3132         /*
3133          * Second step: further refine the weight as a function of the
3134          * duration of the observation interval.
3135          */
3136         weight = min_t(u32, 8,
3137                        div_u64(weight * bfqd->delta_from_first,
3138                                BFQ_RATE_REF_INTERVAL));
3139
3140         /*
3141          * Divisor ranging from 10, for minimum weight, to 2, for
3142          * maximum weight.
3143          */
3144         divisor = 10 - weight;
3145
3146         /*
3147          * Finally, update peak rate:
3148          *
3149          * peak_rate = peak_rate * (divisor-1) / divisor  +  rate / divisor
3150          */
3151         bfqd->peak_rate *= divisor-1;
3152         bfqd->peak_rate /= divisor;
3153         rate /= divisor; /* smoothing constant alpha = 1/divisor */
3154
3155         bfqd->peak_rate += rate;
3156
3157         /*
3158          * For a very slow device, bfqd->peak_rate can reach 0 (see
3159          * the minimum representable values reported in the comments
3160          * on BFQ_RATE_SHIFT). Push to 1 if this happens, to avoid
3161          * divisions by zero where bfqd->peak_rate is used as a
3162          * divisor.
3163          */
3164         bfqd->peak_rate = max_t(u32, 1, bfqd->peak_rate);
3165
3166         update_thr_responsiveness_params(bfqd);
3167
3168 reset_computation:
3169         bfq_reset_rate_computation(bfqd, rq);
3170 }
3171
3172 /*
3173  * Update the read/write peak rate (the main quantity used for
3174  * auto-tuning, see update_thr_responsiveness_params()).
3175  *
3176  * It is not trivial to estimate the peak rate (correctly): because of
3177  * the presence of sw and hw queues between the scheduler and the
3178  * device components that finally serve I/O requests, it is hard to
3179  * say exactly when a given dispatched request is served inside the
3180  * device, and for how long. As a consequence, it is hard to know
3181  * precisely at what rate a given set of requests is actually served
3182  * by the device.
3183  *
3184  * On the opposite end, the dispatch time of any request is trivially
3185  * available, and, from this piece of information, the "dispatch rate"
3186  * of requests can be immediately computed. So, the idea in the next
3187  * function is to use what is known, namely request dispatch times
3188  * (plus, when useful, request completion times), to estimate what is
3189  * unknown, namely in-device request service rate.
3190  *
3191  * The main issue is that, because of the above facts, the rate at
3192  * which a certain set of requests is dispatched over a certain time
3193  * interval can vary greatly with respect to the rate at which the
3194  * same requests are then served. But, since the size of any
3195  * intermediate queue is limited, and the service scheme is lossless
3196  * (no request is silently dropped), the following obvious convergence
3197  * property holds: the number of requests dispatched MUST become
3198  * closer and closer to the number of requests completed as the
3199  * observation interval grows. This is the key property used in
3200  * the next function to estimate the peak service rate as a function
3201  * of the observed dispatch rate. The function assumes to be invoked
3202  * on every request dispatch.
3203  */
3204 static void bfq_update_peak_rate(struct bfq_data *bfqd, struct request *rq)
3205 {
3206         u64 now_ns = ktime_get_ns();
3207
3208         if (bfqd->peak_rate_samples == 0) { /* first dispatch */
3209                 bfq_log(bfqd, "update_peak_rate: goto reset, samples %d",
3210                         bfqd->peak_rate_samples);
3211                 bfq_reset_rate_computation(bfqd, rq);
3212                 goto update_last_values; /* will add one sample */
3213         }
3214
3215         /*
3216          * Device idle for very long: the observation interval lasting
3217          * up to this dispatch cannot be a valid observation interval
3218          * for computing a new peak rate (similarly to the late-
3219          * completion event in bfq_completed_request()). Go to
3220          * update_rate_and_reset to have the following three steps
3221          * taken:
3222          * - close the observation interval at the last (previous)
3223          *   request dispatch or completion
3224          * - compute rate, if possible, for that observation interval
3225          * - start a new observation interval with this dispatch
3226          */
3227         if (now_ns - bfqd->last_dispatch > 100*NSEC_PER_MSEC &&
3228             bfqd->rq_in_driver == 0)
3229                 goto update_rate_and_reset;
3230
3231         /* Update sampling information */
3232         bfqd->peak_rate_samples++;
3233
3234         if ((bfqd->rq_in_driver > 0 ||
3235                 now_ns - bfqd->last_completion < BFQ_MIN_TT)
3236             && !BFQ_RQ_SEEKY(bfqd, bfqd->last_position, rq))
3237                 bfqd->sequential_samples++;
3238
3239         bfqd->tot_sectors_dispatched += blk_rq_sectors(rq);
3240
3241         /* Reset max observed rq size every 32 dispatches */
3242         if (likely(bfqd->peak_rate_samples % 32))
3243                 bfqd->last_rq_max_size =
3244                         max_t(u32, blk_rq_sectors(rq), bfqd->last_rq_max_size);
3245         else
3246                 bfqd->last_rq_max_size = blk_rq_sectors(rq);
3247
3248         bfqd->delta_from_first = now_ns - bfqd->first_dispatch;
3249
3250         /* Target observation interval not yet reached, go on sampling */
3251         if (bfqd->delta_from_first < BFQ_RATE_REF_INTERVAL)
3252                 goto update_last_values;
3253
3254 update_rate_and_reset:
3255         bfq_update_rate_reset(bfqd, rq);
3256 update_last_values:
3257         bfqd->last_position = blk_rq_pos(rq) + blk_rq_sectors(rq);
3258         if (RQ_BFQQ(rq) == bfqd->in_service_queue)
3259                 bfqd->in_serv_last_pos = bfqd->last_position;
3260         bfqd->last_dispatch = now_ns;
3261 }
3262
3263 /*
3264  * Remove request from internal lists.
3265  */
3266 static void bfq_dispatch_remove(struct request_queue *q, struct request *rq)
3267 {
3268         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
3269
3270         /*
3271          * For consistency, the next instruction should have been
3272          * executed after removing the request from the queue and
3273          * dispatching it.  We execute instead this instruction before
3274          * bfq_remove_request() (and hence introduce a temporary
3275          * inconsistency), for efficiency.  In fact, should this
3276          * dispatch occur for a non in-service bfqq, this anticipated
3277          * increment prevents two counters related to bfqq->dispatched
3278          * from risking to be, first, uselessly decremented, and then
3279          * incremented again when the (new) value of bfqq->dispatched
3280          * happens to be taken into account.
3281          */
3282         bfqq->dispatched++;
3283         bfq_update_peak_rate(q->elevator->elevator_data, rq);
3284
3285         bfq_remove_request(q, rq);
3286 }
3287
3288 /*
3289  * There is a case where idling does not have to be performed for
3290  * throughput concerns, but to preserve the throughput share of
3291  * the process associated with bfqq.
3292  *
3293  * To introduce this case, we can note that allowing the drive
3294  * to enqueue more than one request at a time, and hence
3295  * delegating de facto final scheduling decisions to the
3296  * drive's internal scheduler, entails loss of control on the
3297  * actual request service order. In particular, the critical
3298  * situation is when requests from different processes happen
3299  * to be present, at the same time, in the internal queue(s)
3300  * of the drive. In such a situation, the drive, by deciding
3301  * the service order of the internally-queued requests, does
3302  * determine also the actual throughput distribution among
3303  * these processes. But the drive typically has no notion or
3304  * concern about per-process throughput distribution, and
3305  * makes its decisions only on a per-request basis. Therefore,
3306  * the service distribution enforced by the drive's internal
3307  * scheduler is likely to coincide with the desired throughput
3308  * distribution only in a completely symmetric, or favorably
3309  * skewed scenario where:
3310  * (i-a) each of these processes must get the same throughput as
3311  *       the others,
3312  * (i-b) in case (i-a) does not hold, it holds that the process
3313  *       associated with bfqq must receive a lower or equal
3314  *       throughput than any of the other processes;
3315  * (ii)  the I/O of each process has the same properties, in
3316  *       terms of locality (sequential or random), direction
3317  *       (reads or writes), request sizes, greediness
3318  *       (from I/O-bound to sporadic), and so on;
3319
3320  * In fact, in such a scenario, the drive tends to treat the requests
3321  * of each process in about the same way as the requests of the
3322  * others, and thus to provide each of these processes with about the
3323  * same throughput.  This is exactly the desired throughput
3324  * distribution if (i-a) holds, or, if (i-b) holds instead, this is an
3325  * even more convenient distribution for (the process associated with)
3326  * bfqq.
3327  *
3328  * In contrast, in any asymmetric or unfavorable scenario, device
3329  * idling (I/O-dispatch plugging) is certainly needed to guarantee
3330  * that bfqq receives its assigned fraction of the device throughput
3331  * (see [1] for details).
3332  *
3333  * The problem is that idling may significantly reduce throughput with
3334  * certain combinations of types of I/O and devices. An important
3335  * example is sync random I/O on flash storage with command
3336  * queueing. So, unless bfqq falls in cases where idling also boosts
3337  * throughput, it is important to check conditions (i-a), i(-b) and
3338  * (ii) accurately, so as to avoid idling when not strictly needed for
3339  * service guarantees.
3340  *
3341  * Unfortunately, it is extremely difficult to thoroughly check
3342  * condition (ii). And, in case there are active groups, it becomes
3343  * very difficult to check conditions (i-a) and (i-b) too.  In fact,
3344  * if there are active groups, then, for conditions (i-a) or (i-b) to
3345  * become false 'indirectly', it is enough that an active group
3346  * contains more active processes or sub-groups than some other active
3347  * group. More precisely, for conditions (i-a) or (i-b) to become
3348  * false because of such a group, it is not even necessary that the
3349  * group is (still) active: it is sufficient that, even if the group
3350  * has become inactive, some of its descendant processes still have
3351  * some request already dispatched but still waiting for
3352  * completion. In fact, requests have still to be guaranteed their
3353  * share of the throughput even after being dispatched. In this
3354  * respect, it is easy to show that, if a group frequently becomes
3355  * inactive while still having in-flight requests, and if, when this
3356  * happens, the group is not considered in the calculation of whether
3357  * the scenario is asymmetric, then the group may fail to be
3358  * guaranteed its fair share of the throughput (basically because
3359  * idling may not be performed for the descendant processes of the
3360  * group, but it had to be).  We address this issue with the following
3361  * bi-modal behavior, implemented in the function
3362  * bfq_asymmetric_scenario().
3363  *
3364  * If there are groups with requests waiting for completion
3365  * (as commented above, some of these groups may even be
3366  * already inactive), then the scenario is tagged as
3367  * asymmetric, conservatively, without checking any of the
3368  * conditions (i-a), (i-b) or (ii). So the device is idled for bfqq.
3369  * This behavior matches also the fact that groups are created
3370  * exactly if controlling I/O is a primary concern (to
3371  * preserve bandwidth and latency guarantees).
3372  *
3373  * On the opposite end, if there are no groups with requests waiting
3374  * for completion, then only conditions (i-a) and (i-b) are actually
3375  * controlled, i.e., provided that conditions (i-a) or (i-b) holds,
3376  * idling is not performed, regardless of whether condition (ii)
3377  * holds.  In other words, only if conditions (i-a) and (i-b) do not
3378  * hold, then idling is allowed, and the device tends to be prevented
3379  * from queueing many requests, possibly of several processes. Since
3380  * there are no groups with requests waiting for completion, then, to
3381  * control conditions (i-a) and (i-b) it is enough to check just
3382  * whether all the queues with requests waiting for completion also
3383  * have the same weight.
3384  *
3385  * Not checking condition (ii) evidently exposes bfqq to the
3386  * risk of getting less throughput than its fair share.
3387  * However, for queues with the same weight, a further
3388  * mechanism, preemption, mitigates or even eliminates this
3389  * problem. And it does so without consequences on overall
3390  * throughput. This mechanism and its benefits are explained
3391  * in the next three paragraphs.
3392  *
3393  * Even if a queue, say Q, is expired when it remains idle, Q
3394  * can still preempt the new in-service queue if the next
3395  * request of Q arrives soon (see the comments on
3396  * bfq_bfqq_update_budg_for_activation). If all queues and
3397  * groups have the same weight, this form of preemption,
3398  * combined with the hole-recovery heuristic described in the
3399  * comments on function bfq_bfqq_update_budg_for_activation,
3400  * are enough to preserve a correct bandwidth distribution in
3401  * the mid term, even without idling. In fact, even if not
3402  * idling allows the internal queues of the device to contain
3403  * many requests, and thus to reorder requests, we can rather
3404  * safely assume that the internal scheduler still preserves a
3405  * minimum of mid-term fairness.
3406  *
3407  * More precisely, this preemption-based, idleless approach
3408  * provides fairness in terms of IOPS, and not sectors per
3409  * second. This can be seen with a simple example. Suppose
3410  * that there are two queues with the same weight, but that
3411  * the first queue receives requests of 8 sectors, while the
3412  * second queue receives requests of 1024 sectors. In
3413  * addition, suppose that each of the two queues contains at
3414  * most one request at a time, which implies that each queue
3415  * always remains idle after it is served. Finally, after
3416  * remaining idle, each queue receives very quickly a new
3417  * request. It follows that the two queues are served
3418  * alternatively, preempting each other if needed. This
3419  * implies that, although both queues have the same weight,
3420  * the queue with large requests receives a service that is
3421  * 1024/8 times as high as the service received by the other
3422  * queue.
3423  *
3424  * The motivation for using preemption instead of idling (for
3425  * queues with the same weight) is that, by not idling,
3426  * service guarantees are preserved (completely or at least in
3427  * part) without minimally sacrificing throughput. And, if
3428  * there is no active group, then the primary expectation for
3429  * this device is probably a high throughput.
3430  *
3431  * We are now left only with explaining the two sub-conditions in the
3432  * additional compound condition that is checked below for deciding
3433  * whether the scenario is asymmetric. To explain the first
3434  * sub-condition, we need to add that the function
3435  * bfq_asymmetric_scenario checks the weights of only
3436  * non-weight-raised queues, for efficiency reasons (see comments on
3437  * bfq_weights_tree_add()). Then the fact that bfqq is weight-raised
3438  * is checked explicitly here. More precisely, the compound condition
3439  * below takes into account also the fact that, even if bfqq is being
3440  * weight-raised, the scenario is still symmetric if all queues with
3441  * requests waiting for completion happen to be
3442  * weight-raised. Actually, we should be even more precise here, and
3443  * differentiate between interactive weight raising and soft real-time
3444  * weight raising.
3445  *
3446  * The second sub-condition checked in the compound condition is
3447  * whether there is a fair amount of already in-flight I/O not
3448  * belonging to bfqq. If so, I/O dispatching is to be plugged, for the
3449  * following reason. The drive may decide to serve in-flight
3450  * non-bfqq's I/O requests before bfqq's ones, thereby delaying the
3451  * arrival of new I/O requests for bfqq (recall that bfqq is sync). If
3452  * I/O-dispatching is not plugged, then, while bfqq remains empty, a
3453  * basically uncontrolled amount of I/O from other queues may be
3454  * dispatched too, possibly causing the service of bfqq's I/O to be
3455  * delayed even longer in the drive. This problem gets more and more
3456  * serious as the speed and the queue depth of the drive grow,
3457  * because, as these two quantities grow, the probability to find no
3458  * queue busy but many requests in flight grows too. By contrast,
3459  * plugging I/O dispatching minimizes the delay induced by already
3460  * in-flight I/O, and enables bfqq to recover the bandwidth it may
3461  * lose because of this delay.
3462  *
3463  * As a side note, it is worth considering that the above
3464  * device-idling countermeasures may however fail in the following
3465  * unlucky scenario: if I/O-dispatch plugging is (correctly) disabled
3466  * in a time period during which all symmetry sub-conditions hold, and
3467  * therefore the device is allowed to enqueue many requests, but at
3468  * some later point in time some sub-condition stops to hold, then it
3469  * may become impossible to make requests be served in the desired
3470  * order until all the requests already queued in the device have been
3471  * served. The last sub-condition commented above somewhat mitigates
3472  * this problem for weight-raised queues.
3473  */
3474 static bool idling_needed_for_service_guarantees(struct bfq_data *bfqd,
3475                                                  struct bfq_queue *bfqq)
3476 {
3477         /* No point in idling for bfqq if it won't get requests any longer */
3478         if (unlikely(!bfqq_process_refs(bfqq)))
3479                 return false;
3480
3481         return (bfqq->wr_coeff > 1 &&
3482                 (bfqd->wr_busy_queues <
3483                  bfq_tot_busy_queues(bfqd) ||
3484                  bfqd->rq_in_driver >=
3485                  bfqq->dispatched + 4)) ||
3486                 bfq_asymmetric_scenario(bfqd, bfqq);
3487 }
3488
3489 static bool __bfq_bfqq_expire(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
3490                               enum bfqq_expiration reason)
3491 {
3492         /*
3493          * If this bfqq is shared between multiple processes, check
3494          * to make sure that those processes are still issuing I/Os
3495          * within the mean seek distance. If not, it may be time to
3496          * break the queues apart again.
3497          */
3498         if (bfq_bfqq_coop(bfqq) && BFQQ_SEEKY(bfqq))
3499                 bfq_mark_bfqq_split_coop(bfqq);
3500
3501         /*
3502          * Consider queues with a higher finish virtual time than
3503          * bfqq. If idling_needed_for_service_guarantees(bfqq) returns
3504          * true, then bfqq's bandwidth would be violated if an
3505          * uncontrolled amount of I/O from these queues were
3506          * dispatched while bfqq is waiting for its new I/O to
3507          * arrive. This is exactly what may happen if this is a forced
3508          * expiration caused by a preemption attempt, and if bfqq is
3509          * not re-scheduled. To prevent this from happening, re-queue
3510          * bfqq if it needs I/O-dispatch plugging, even if it is
3511          * empty. By doing so, bfqq is granted to be served before the
3512          * above queues (provided that bfqq is of course eligible).
3513          */
3514         if (RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) &&
3515             !(reason == BFQQE_PREEMPTED &&
3516               idling_needed_for_service_guarantees(bfqd, bfqq))) {
3517                 if (bfqq->dispatched == 0)
3518                         /*
3519                          * Overloading budget_timeout field to store
3520                          * the time at which the queue remains with no
3521                          * backlog and no outstanding request; used by
3522                          * the weight-raising mechanism.
3523                          */
3524                         bfqq->budget_timeout = jiffies;
3525
3526                 bfq_del_bfqq_busy(bfqd, bfqq, true);
3527         } else {
3528                 bfq_requeue_bfqq(bfqd, bfqq, true);
3529                 /*
3530                  * Resort priority tree of potential close cooperators.
3531                  * See comments on bfq_pos_tree_add_move() for the unlikely().
3532                  */
3533                 if (unlikely(!bfqd->nonrot_with_queueing &&
3534                              !RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list)))
3535                         bfq_pos_tree_add_move(bfqd, bfqq);
3536         }
3537
3538         /*
3539          * All in-service entities must have been properly deactivated
3540          * or requeued before executing the next function, which
3541          * resets all in-service entities as no more in service. This
3542          * may cause bfqq to be freed. If this happens, the next
3543          * function returns true.
3544          */
3545         return __bfq_bfqd_reset_in_service(bfqd);
3546 }
3547
3548 /**
3549  * __bfq_bfqq_recalc_budget - try to adapt the budget to the @bfqq behavior.
3550  * @bfqd: device data.
3551  * @bfqq: queue to update.
3552  * @reason: reason for expiration.
3553  *
3554  * Handle the feedback on @bfqq budget at queue expiration.
3555  * See the body for detailed comments.
3556  */
3557 static void __bfq_bfqq_recalc_budget(struct bfq_data *bfqd,
3558                                      struct bfq_queue *bfqq,
3559                                      enum bfqq_expiration reason)
3560 {
3561         struct request *next_rq;
3562         int budget, min_budget;
3563
3564         min_budget = bfq_min_budget(bfqd);
3565
3566         if (bfqq->wr_coeff == 1)
3567                 budget = bfqq->max_budget;
3568         else /*
3569               * Use a constant, low budget for weight-raised queues,
3570               * to help achieve a low latency. Keep it slightly higher
3571               * than the minimum possible budget, to cause a little
3572               * bit fewer expirations.
3573               */
3574                 budget = 2 * min_budget;
3575
3576         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "recalc_budg: last budg %d, budg left %d",
3577                 bfqq->entity.budget, bfq_bfqq_budget_left(bfqq));
3578         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "recalc_budg: last max_budg %d, min budg %d",
3579                 budget, bfq_min_budget(bfqd));
3580         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "recalc_budg: sync %d, seeky %d",
3581                 bfq_bfqq_sync(bfqq), BFQQ_SEEKY(bfqd->in_service_queue));
3582
3583         if (bfq_bfqq_sync(bfqq) && bfqq->wr_coeff == 1) {
3584                 switch (reason) {
3585                 /*
3586                  * Caveat: in all the following cases we trade latency
3587                  * for throughput.
3588                  */
3589                 case BFQQE_TOO_IDLE:
3590                         /*
3591                          * This is the only case where we may reduce
3592                          * the budget: if there is no request of the
3593                          * process still waiting for completion, then
3594                          * we assume (tentatively) that the timer has
3595                          * expired because the batch of requests of
3596                          * the process could have been served with a
3597                          * smaller budget.  Hence, betting that
3598                          * process will behave in the same way when it
3599                          * becomes backlogged again, we reduce its
3600                          * next budget.  As long as we guess right,
3601                          * this budget cut reduces the latency
3602                          * experienced by the process.
3603                          *
3604                          * However, if there are still outstanding
3605                          * requests, then the process may have not yet
3606                          * issued its next request just because it is
3607                          * still waiting for the completion of some of
3608                          * the still outstanding ones.  So in this
3609                          * subcase we do not reduce its budget, on the
3610                          * contrary we increase it to possibly boost
3611                          * the throughput, as discussed in the
3612                          * comments to the BUDGET_TIMEOUT case.
3613                          */
3614                         if (bfqq->dispatched > 0) /* still outstanding reqs */
3615                                 budget = min(budget * 2, bfqd->bfq_max_budget);
3616                         else {
3617                                 if (budget > 5 * min_budget)
3618                                         budget -= 4 * min_budget;
3619                                 else
3620                                         budget = min_budget;
3621                         }
3622                         break;
3623                 case BFQQE_BUDGET_TIMEOUT:
3624                         /*
3625                          * We double the budget here because it gives
3626                          * the chance to boost the throughput if this
3627                          * is not a seeky process (and has bumped into
3628                          * this timeout because of, e.g., ZBR).
3629                          */
3630                         budget = min(budget * 2, bfqd->bfq_max_budget);
3631                         break;
3632                 case BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED:
3633                         /*
3634                          * The process still has backlog, and did not
3635                          * let either the budget timeout or the disk
3636                          * idling timeout expire. Hence it is not
3637                          * seeky, has a short thinktime and may be
3638                          * happy with a higher budget too. So
3639                          * definitely increase the budget of this good
3640                          * candidate to boost the disk throughput.
3641                          */
3642                         budget = min(budget * 4, bfqd->bfq_max_budget);
3643                         break;
3644                 case BFQQE_NO_MORE_REQUESTS:
3645                         /*
3646                          * For queues that expire for this reason, it
3647                          * is particularly important to keep the
3648                          * budget close to the actual service they
3649                          * need. Doing so reduces the timestamp
3650                          * misalignment problem described in the
3651                          * comments in the body of
3652                          * __bfq_activate_entity. In fact, suppose
3653                          * that a queue systematically expires for
3654                          * BFQQE_NO_MORE_REQUESTS and presents a
3655                          * new request in time to enjoy timestamp
3656                          * back-shifting. The larger the budget of the
3657                          * queue is with respect to the service the
3658                          * queue actually requests in each service
3659                          * slot, the more times the queue can be
3660                          * reactivated with the same virtual finish
3661                          * time. It follows that, even if this finish
3662                          * time is pushed to the system virtual time
3663                          * to reduce the consequent timestamp
3664                          * misalignment, the queue unjustly enjoys for
3665                          * many re-activations a lower finish time
3666                          * than all newly activated queues.
3667                          *
3668                          * The service needed by bfqq is measured
3669                          * quite precisely by bfqq->entity.service.
3670                          * Since bfqq does not enjoy device idling,
3671                          * bfqq->entity.service is equal to the number
3672                          * of sectors that the process associated with
3673                          * bfqq requested to read/write before waiting
3674                          * for request completions, or blocking for
3675                          * other reasons.
3676                          */
3677                         budget = max_t(int, bfqq->entity.service, min_budget);
3678                         break;
3679                 default:
3680                         return;
3681                 }
3682         } else if (!bfq_bfqq_sync(bfqq)) {
3683                 /*
3684                  * Async queues get always the maximum possible
3685                  * budget, as for them we do not care about latency
3686                  * (in addition, their ability to dispatch is limited
3687                  * by the charging factor).
3688                  */
3689                 budget = bfqd->bfq_max_budget;
3690         }
3691
3692         bfqq->max_budget = budget;
3693
3694         if (bfqd->budgets_assigned >= bfq_stats_min_budgets &&
3695             !bfqd->bfq_user_max_budget)
3696                 bfqq->max_budget = min(bfqq->max_budget, bfqd->bfq_max_budget);
3697
3698         /*
3699          * If there is still backlog, then assign a new budget, making
3700          * sure that it is large enough for the next request.  Since
3701          * the finish time of bfqq must be kept in sync with the
3702          * budget, be sure to call __bfq_bfqq_expire() *after* this
3703          * update.
3704          *
3705          * If there is no backlog, then no need to update the budget;
3706          * it will be updated on the arrival of a new request.
3707          */
3708         next_rq = bfqq->next_rq;
3709         if (next_rq)
3710                 bfqq->entity.budget = max_t(unsigned long, bfqq->max_budget,
3711                                             bfq_serv_to_charge(next_rq, bfqq));
3712
3713         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "head sect: %u, new budget %d",
3714                         next_rq ? blk_rq_sectors(next_rq) : 0,
3715                         bfqq->entity.budget);
3716 }
3717
3718 /*
3719  * Return true if the process associated with bfqq is "slow". The slow
3720  * flag is used, in addition to the budget timeout, to reduce the
3721  * amount of service provided to seeky processes, and thus reduce
3722  * their chances to lower the throughput. More details in the comments
3723  * on the function bfq_bfqq_expire().
3724  *
3725  * An important observation is in order: as discussed in the comments
3726  * on the function bfq_update_peak_rate(), with devices with internal
3727  * queues, it is hard if ever possible to know when and for how long
3728  * an I/O request is processed by the device (apart from the trivial
3729  * I/O pattern where a new request is dispatched only after the
3730  * previous one has been completed). This makes it hard to evaluate
3731  * the real rate at which the I/O requests of each bfq_queue are
3732  * served.  In fact, for an I/O scheduler like BFQ, serving a
3733  * bfq_queue means just dispatching its requests during its service
3734  * slot (i.e., until the budget of the queue is exhausted, or the
3735  * queue remains idle, or, finally, a timeout fires). But, during the
3736  * service slot of a bfq_queue, around 100 ms at most, the device may
3737  * be even still processing requests of bfq_queues served in previous
3738  * service slots. On the opposite end, the requests of the in-service
3739  * bfq_queue may be completed after the service slot of the queue
3740  * finishes.
3741  *
3742  * Anyway, unless more sophisticated solutions are used
3743  * (where possible), the sum of the sizes of the requests dispatched
3744  * during the service slot of a bfq_queue is probably the only
3745  * approximation available for the service received by the bfq_queue
3746  * during its service slot. And this sum is the quantity used in this
3747  * function to evaluate the I/O speed of a process.
3748  */
3749 static bool bfq_bfqq_is_slow(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
3750                                  bool compensate, enum bfqq_expiration reason,
3751                                  unsigned long *delta_ms)
3752 {
3753         ktime_t delta_ktime;
3754         u32 delta_usecs;
3755         bool slow = BFQQ_SEEKY(bfqq); /* if delta too short, use seekyness */
3756
3757         if (!bfq_bfqq_sync(bfqq))
3758                 return false;
3759
3760         if (compensate)
3761                 delta_ktime = bfqd->last_idling_start;
3762         else
3763                 delta_ktime = ktime_get();
3764         delta_ktime = ktime_sub(delta_ktime, bfqd->last_budget_start);
3765         delta_usecs = ktime_to_us(delta_ktime);
3766
3767         /* don't use too short time intervals */
3768         if (delta_usecs < 1000) {
3769                 if (blk_queue_nonrot(bfqd->queue))
3770                          /*
3771                           * give same worst-case guarantees as idling
3772                           * for seeky
3773                           */
3774                         *delta_ms = BFQ_MIN_TT / NSEC_PER_MSEC;
3775                 else /* charge at least one seek */
3776                         *delta_ms = bfq_slice_idle / NSEC_PER_MSEC;
3777
3778                 return slow;
3779         }
3780
3781         *delta_ms = delta_usecs / USEC_PER_MSEC;
3782
3783         /*
3784          * Use only long (> 20ms) intervals to filter out excessive
3785          * spikes in service rate estimation.
3786          */
3787         if (delta_usecs > 20000) {
3788                 /*
3789                  * Caveat for rotational devices: processes doing I/O
3790                  * in the slower disk zones tend to be slow(er) even
3791                  * if not seeky. In this respect, the estimated peak
3792                  * rate is likely to be an average over the disk
3793                  * surface. Accordingly, to not be too harsh with
3794                  * unlucky processes, a process is deemed slow only if
3795                  * its rate has been lower than half of the estimated
3796                  * peak rate.
3797                  */
3798                 slow = bfqq->entity.service < bfqd->bfq_max_budget / 2;
3799         }
3800
3801         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "bfq_bfqq_is_slow: slow %d", slow);
3802
3803         return slow;
3804 }
3805
3806 /*
3807  * To be deemed as soft real-time, an application must meet two
3808  * requirements. First, the application must not require an average
3809  * bandwidth higher than the approximate bandwidth required to playback or
3810  * record a compressed high-definition video.
3811  * The next function is invoked on the completion of the last request of a
3812  * batch, to compute the next-start time instant, soft_rt_next_start, such
3813  * that, if the next request of the application does not arrive before
3814  * soft_rt_next_start, then the above requirement on the bandwidth is met.
3815  *
3816  * The second requirement is that the request pattern of the application is
3817  * isochronous, i.e., that, after issuing a request or a batch of requests,
3818  * the application stops issuing new requests until all its pending requests
3819  * have been completed. After that, the application may issue a new batch,
3820  * and so on.
3821  * For this reason the next function is invoked to compute
3822  * soft_rt_next_start only for applications that meet this requirement,
3823  * whereas soft_rt_next_start is set to infinity for applications that do
3824  * not.
3825  *
3826  * Unfortunately, even a greedy (i.e., I/O-bound) application may
3827  * happen to meet, occasionally or systematically, both the above
3828  * bandwidth and isochrony requirements. This may happen at least in
3829  * the following circumstances. First, if the CPU load is high. The
3830  * application may stop issuing requests while the CPUs are busy
3831  * serving other processes, then restart, then stop again for a while,
3832  * and so on. The other circumstances are related to the storage
3833  * device: the storage device is highly loaded or reaches a low-enough
3834  * throughput with the I/O of the application (e.g., because the I/O
3835  * is random and/or the device is slow). In all these cases, the
3836  * I/O of the application may be simply slowed down enough to meet
3837  * the bandwidth and isochrony requirements. To reduce the probability
3838  * that greedy applications are deemed as soft real-time in these
3839  * corner cases, a further rule is used in the computation of
3840  * soft_rt_next_start: the return value of this function is forced to
3841  * be higher than the maximum between the following two quantities.
3842  *
3843  * (a) Current time plus: (1) the maximum time for which the arrival
3844  *     of a request is waited for when a sync queue becomes idle,
3845  *     namely bfqd->bfq_slice_idle, and (2) a few extra jiffies. We
3846  *     postpone for a moment the reason for adding a few extra
3847  *     jiffies; we get back to it after next item (b).  Lower-bounding
3848  *     the return value of this function with the current time plus
3849  *     bfqd->bfq_slice_idle tends to filter out greedy applications,
3850  *     because the latter issue their next request as soon as possible
3851  *     after the last one has been completed. In contrast, a soft
3852  *     real-time application spends some time processing data, after a
3853  *     batch of its requests has been completed.
3854  *
3855  * (b) Current value of bfqq->soft_rt_next_start. As pointed out
3856  *     above, greedy applications may happen to meet both the
3857  *     bandwidth and isochrony requirements under heavy CPU or
3858  *     storage-device load. In more detail, in these scenarios, these
3859  *     applications happen, only for limited time periods, to do I/O
3860  *     slowly enough to meet all the requirements described so far,
3861  *     including the filtering in above item (a). These slow-speed
3862  *     time intervals are usually interspersed between other time
3863  *     intervals during which these applications do I/O at a very high
3864  *     speed. Fortunately, exactly because of the high speed of the
3865  *     I/O in the high-speed intervals, the values returned by this
3866  *     function happen to be so high, near the end of any such
3867  *     high-speed interval, to be likely to fall *after* the end of
3868  *     the low-speed time interval that follows. These high values are
3869  *     stored in bfqq->soft_rt_next_start after each invocation of
3870  *     this function. As a consequence, if the last value of
3871  *     bfqq->soft_rt_next_start is constantly used to lower-bound the
3872  *     next value that this function may return, then, from the very
3873  *     beginning of a low-speed interval, bfqq->soft_rt_next_start is
3874  *     likely to be constantly kept so high that any I/O request
3875  *     issued during the low-speed interval is considered as arriving
3876  *     to soon for the application to be deemed as soft
3877  *     real-time. Then, in the high-speed interval that follows, the
3878  *     application will not be deemed as soft real-time, just because
3879  *     it will do I/O at a high speed. And so on.
3880  *
3881  * Getting back to the filtering in item (a), in the following two
3882  * cases this filtering might be easily passed by a greedy
3883  * application, if the reference quantity was just
3884  * bfqd->bfq_slice_idle:
3885  * 1) HZ is so low that the duration of a jiffy is comparable to or
3886  *    higher than bfqd->bfq_slice_idle. This happens, e.g., on slow
3887  *    devices with HZ=100. The time granularity may be so coarse
3888  *    that the approximation, in jiffies, of bfqd->bfq_slice_idle
3889  *    is rather lower than the exact value.
3890  * 2) jiffies, instead of increasing at a constant rate, may stop increasing
3891  *    for a while, then suddenly 'jump' by several units to recover the lost
3892  *    increments. This seems to happen, e.g., inside virtual machines.
3893  * To address this issue, in the filtering in (a) we do not use as a
3894  * reference time interval just bfqd->bfq_slice_idle, but
3895  * bfqd->bfq_slice_idle plus a few jiffies. In particular, we add the
3896  * minimum number of jiffies for which the filter seems to be quite
3897  * precise also in embedded systems and KVM/QEMU virtual machines.
3898  */
3899 static unsigned long bfq_bfqq_softrt_next_start(struct bfq_data *bfqd,
3900                                                 struct bfq_queue *bfqq)
3901 {
3902         return max3(bfqq->soft_rt_next_start,
3903                     bfqq->last_idle_bklogged +
3904                     HZ * bfqq->service_from_backlogged /
3905                     bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate,
3906                     jiffies + nsecs_to_jiffies(bfqq->bfqd->bfq_slice_idle) + 4);
3907 }
3908
3909 /**
3910  * bfq_bfqq_expire - expire a queue.
3911  * @bfqd: device owning the queue.
3912  * @bfqq: the queue to expire.
3913  * @compensate: if true, compensate for the time spent idling.
3914  * @reason: the reason causing the expiration.
3915  *
3916  * If the process associated with bfqq does slow I/O (e.g., because it
3917  * issues random requests), we charge bfqq with the time it has been
3918  * in service instead of the service it has received (see
3919  * bfq_bfqq_charge_time for details on how this goal is achieved). As
3920  * a consequence, bfqq will typically get higher timestamps upon
3921  * reactivation, and hence it will be rescheduled as if it had
3922  * received more service than what it has actually received. In the
3923  * end, bfqq receives less service in proportion to how slowly its
3924  * associated process consumes its budgets (and hence how seriously it
3925  * tends to lower the throughput). In addition, this time-charging
3926  * strategy guarantees time fairness among slow processes. In
3927  * contrast, if the process associated with bfqq is not slow, we
3928  * charge bfqq exactly with the service it has received.
3929  *
3930  * Charging time to the first type of queues and the exact service to
3931  * the other has the effect of using the WF2Q+ policy to schedule the
3932  * former on a timeslice basis, without violating service domain
3933  * guarantees among the latter.
3934  */
3935 void bfq_bfqq_expire(struct bfq_data *bfqd,
3936                      struct bfq_queue *bfqq,
3937                      bool compensate,
3938                      enum bfqq_expiration reason)
3939 {
3940         bool slow;
3941         unsigned long delta = 0;
3942         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
3943
3944         /*
3945          * Check whether the process is slow (see bfq_bfqq_is_slow).
3946          */
3947         slow = bfq_bfqq_is_slow(bfqd, bfqq, compensate, reason, &delta);
3948
3949         /*
3950          * As above explained, charge slow (typically seeky) and
3951          * timed-out queues with the time and not the service
3952          * received, to favor sequential workloads.
3953          *
3954          * Processes doing I/O in the slower disk zones will tend to
3955          * be slow(er) even if not seeky. Therefore, since the
3956          * estimated peak rate is actually an average over the disk
3957          * surface, these processes may timeout just for bad luck. To
3958          * avoid punishing them, do not charge time to processes that
3959          * succeeded in consuming at least 2/3 of their budget. This
3960          * allows BFQ to preserve enough elasticity to still perform
3961          * bandwidth, and not time, distribution with little unlucky
3962          * or quasi-sequential processes.
3963          */
3964         if (bfqq->wr_coeff == 1 &&
3965             (slow ||
3966              (reason == BFQQE_BUDGET_TIMEOUT &&
3967               bfq_bfqq_budget_left(bfqq) >=  entity->budget / 3)))
3968                 bfq_bfqq_charge_time(bfqd, bfqq, delta);
3969
3970         if (reason == BFQQE_TOO_IDLE &&
3971             entity->service <= 2 * entity->budget / 10)
3972                 bfq_clear_bfqq_IO_bound(bfqq);
3973
3974         if (bfqd->low_latency && bfqq->wr_coeff == 1)
3975                 bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
3976
3977         if (bfqd->low_latency && bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate > 0 &&
3978             RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list)) {
3979                 /*
3980                  * If we get here, and there are no outstanding
3981                  * requests, then the request pattern is isochronous
3982                  * (see the comments on the function
3983                  * bfq_bfqq_softrt_next_start()). Thus we can compute
3984                  * soft_rt_next_start. And we do it, unless bfqq is in
3985                  * interactive weight raising. We do not do it in the
3986                  * latter subcase, for the following reason. bfqq may
3987                  * be conveying the I/O needed to load a soft
3988                  * real-time application. Such an application will
3989                  * actually exhibit a soft real-time I/O pattern after
3990                  * it finally starts doing its job. But, if
3991                  * soft_rt_next_start is computed here for an
3992                  * interactive bfqq, and bfqq had received a lot of
3993                  * service before remaining with no outstanding
3994                  * request (likely to happen on a fast device), then
3995                  * soft_rt_next_start would be assigned such a high
3996                  * value that, for a very long time, bfqq would be
3997                  * prevented from being possibly considered as soft
3998                  * real time.
3999                  *
4000                  * If, instead, the queue still has outstanding
4001                  * requests, then we have to wait for the completion
4002                  * of all the outstanding requests to discover whether
4003                  * the request pattern is actually isochronous.
4004                  */
4005                 if (bfqq->dispatched == 0 &&
4006                     bfqq->wr_coeff != bfqd->bfq_wr_coeff)
4007                         bfqq->soft_rt_next_start =
4008                                 bfq_bfqq_softrt_next_start(bfqd, bfqq);
4009                 else if (bfqq->dispatched > 0) {
4010                         /*
4011                          * Schedule an update of soft_rt_next_start to when
4012                          * the task may be discovered to be isochronous.
4013                          */
4014                         bfq_mark_bfqq_softrt_update(bfqq);
4015                 }
4016         }
4017
4018         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq,
4019                 "expire (%d, slow %d, num_disp %d, short_ttime %d)", reason,
4020                 slow, bfqq->dispatched, bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq));
4021
4022         /*
4023          * bfqq expired, so no total service time needs to be computed
4024          * any longer: reset state machine for measuring total service
4025          * times.
4026          */
4027         bfqd->rqs_injected = bfqd->wait_dispatch = false;
4028         bfqd->waited_rq = NULL;
4029
4030         /*
4031          * Increase, decrease or leave budget unchanged according to
4032          * reason.
4033          */
4034         __bfq_bfqq_recalc_budget(bfqd, bfqq, reason);
4035         if (__bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, reason))
4036                 /* bfqq is gone, no more actions on it */
4037                 return;
4038
4039         /* mark bfqq as waiting a request only if a bic still points to it */
4040         if (!bfq_bfqq_busy(bfqq) &&
4041             reason != BFQQE_BUDGET_TIMEOUT &&
4042             reason != BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED) {
4043                 bfq_mark_bfqq_non_blocking_wait_rq(bfqq);
4044                 /*
4045                  * Not setting service to 0, because, if the next rq
4046                  * arrives in time, the queue will go on receiving
4047                  * service with this same budget (as if it never expired)
4048                  */
4049         } else
4050                 entity->service = 0;
4051
4052         /*
4053          * Reset the received-service counter for every parent entity.
4054          * Differently from what happens with bfqq->entity.service,
4055          * the resetting of this counter never needs to be postponed
4056          * for parent entities. In fact, in case bfqq may have a
4057          * chance to go on being served using the last, partially
4058          * consumed budget, bfqq->entity.service needs to be kept,
4059          * because if bfqq then actually goes on being served using
4060          * the same budget, the last value of bfqq->entity.service is
4061          * needed to properly decrement bfqq->entity.budget by the
4062          * portion already consumed. In contrast, it is not necessary
4063          * to keep entity->service for parent entities too, because
4064          * the bubble up of the new value of bfqq->entity.budget will
4065          * make sure that the budgets of parent entities are correct,
4066          * even in case bfqq and thus parent entities go on receiving
4067          * service with the same budget.
4068          */
4069         entity = entity->parent;
4070         for_each_entity(entity)
4071                 entity->service = 0;
4072 }
4073
4074 /*
4075  * Budget timeout is not implemented through a dedicated timer, but
4076  * just checked on request arrivals and completions, as well as on
4077  * idle timer expirations.
4078  */
4079 static bool bfq_bfqq_budget_timeout(struct bfq_queue *bfqq)
4080 {
4081         return time_is_before_eq_jiffies(bfqq->budget_timeout);
4082 }
4083
4084 /*
4085  * If we expire a queue that is actively waiting (i.e., with the
4086  * device idled) for the arrival of a new request, then we may incur
4087  * the timestamp misalignment problem described in the body of the
4088  * function __bfq_activate_entity. Hence we return true only if this
4089  * condition does not hold, or if the queue is slow enough to deserve
4090  * only to be kicked off for preserving a high throughput.
4091  */
4092 static bool bfq_may_expire_for_budg_timeout(struct bfq_queue *bfqq)
4093 {
4094         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq,
4095                 "may_budget_timeout: wait_request %d left %d timeout %d",
4096                 bfq_bfqq_wait_request(bfqq),
4097                         bfq_bfqq_budget_left(bfqq) >=  bfqq->entity.budget / 3,
4098                 bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq));
4099
4100         return (!bfq_bfqq_wait_request(bfqq) ||
4101                 bfq_bfqq_budget_left(bfqq) >=  bfqq->entity.budget / 3)
4102                 &&
4103                 bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq);
4104 }
4105
4106 static bool idling_boosts_thr_without_issues(struct bfq_data *bfqd,
4107                                              struct bfq_queue *bfqq)
4108 {
4109         bool rot_without_queueing =
4110                 !blk_queue_nonrot(bfqd->queue) && !bfqd->hw_tag,
4111                 bfqq_sequential_and_IO_bound,
4112                 idling_boosts_thr;
4113
4114         /* No point in idling for bfqq if it won't get requests any longer */
4115         if (unlikely(!bfqq_process_refs(bfqq)))
4116                 return false;
4117
4118         bfqq_sequential_and_IO_bound = !BFQQ_SEEKY(bfqq) &&
4119                 bfq_bfqq_IO_bound(bfqq) && bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
4120
4121         /*
4122          * The next variable takes into account the cases where idling
4123          * boosts the throughput.
4124          *
4125          * The value of the variable is computed considering, first, that
4126          * idling is virtually always beneficial for the throughput if:
4127          * (a) the device is not NCQ-capable and rotational, or
4128          * (b) regardless of the presence of NCQ, the device is rotational and
4129          *     the request pattern for bfqq is I/O-bound and sequential, or
4130          * (c) regardless of whether it is rotational, the device is
4131          *     not NCQ-capable and the request pattern for bfqq is
4132          *     I/O-bound and sequential.
4133          *
4134          * Secondly, and in contrast to the above item (b), idling an
4135          * NCQ-capable flash-based device would not boost the
4136          * throughput even with sequential I/O; rather it would lower
4137          * the throughput in proportion to how fast the device
4138          * is. Accordingly, the next variable is true if any of the
4139          * above conditions (a), (b) or (c) is true, and, in
4140          * particular, happens to be false if bfqd is an NCQ-capable
4141          * flash-based device.
4142          */
4143         idling_boosts_thr = rot_without_queueing ||
4144                 ((!blk_queue_nonrot(bfqd->queue) || !bfqd->hw_tag) &&
4145                  bfqq_sequential_and_IO_bound);
4146
4147         /*
4148          * The return value of this function is equal to that of
4149          * idling_boosts_thr, unless a special case holds. In this
4150          * special case, described below, idling may cause problems to
4151          * weight-raised queues.
4152          *
4153          * When the request pool is saturated (e.g., in the presence
4154          * of write hogs), if the processes associated with
4155          * non-weight-raised queues ask for requests at a lower rate,
4156          * then processes associated with weight-raised queues have a
4157          * higher probability to get a request from the pool
4158          * immediately (or at least soon) when they need one. Thus
4159          * they have a higher probability to actually get a fraction
4160          * of the device throughput proportional to their high
4161          * weight. This is especially true with NCQ-capable drives,
4162          * which enqueue several requests in advance, and further
4163          * reorder internally-queued requests.
4164          *
4165          * For this reason, we force to false the return value if
4166          * there are weight-raised busy queues. In this case, and if
4167          * bfqq is not weight-raised, this guarantees that the device
4168          * is not idled for bfqq (if, instead, bfqq is weight-raised,
4169          * then idling will be guaranteed by another variable, see
4170          * below). Combined with the timestamping rules of BFQ (see
4171          * [1] for details), this behavior causes bfqq, and hence any
4172          * sync non-weight-raised queue, to get a lower number of
4173          * requests served, and thus to ask for a lower number of
4174          * requests from the request pool, before the busy
4175          * weight-raised queues get served again. This often mitigates
4176          * starvation problems in the presence of heavy write
4177          * workloads and NCQ, thereby guaranteeing a higher
4178          * application and system responsiveness in these hostile
4179          * scenarios.
4180          */
4181         return idling_boosts_thr &&
4182                 bfqd->wr_busy_queues == 0;
4183 }
4184
4185 /*
4186  * For a queue that becomes empty, device idling is allowed only if
4187  * this function returns true for that queue. As a consequence, since
4188  * device idling plays a critical role for both throughput boosting
4189  * and service guarantees, the return value of this function plays a
4190  * critical role as well.
4191  *
4192  * In a nutshell, this function returns true only if idling is
4193  * beneficial for throughput or, even if detrimental for throughput,
4194  * idling is however necessary to preserve service guarantees (low
4195  * latency, desired throughput distribution, ...). In particular, on
4196  * NCQ-capable devices, this function tries to return false, so as to
4197  * help keep the drives' internal queues full, whenever this helps the
4198  * device boost the throughput without causing any service-guarantee
4199  * issue.
4200  *
4201  * Most of the issues taken into account to get the return value of
4202  * this function are not trivial. We discuss these issues in the two
4203  * functions providing the main pieces of information needed by this
4204  * function.
4205  */
4206 static bool bfq_better_to_idle(struct bfq_queue *bfqq)
4207 {
4208         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
4209         bool idling_boosts_thr_with_no_issue, idling_needed_for_service_guar;
4210
4211         /* No point in idling for bfqq if it won't get requests any longer */
4212         if (unlikely(!bfqq_process_refs(bfqq)))
4213                 return false;
4214
4215         if (unlikely(bfqd->strict_guarantees))
4216                 return true;
4217
4218         /*
4219          * Idling is performed only if slice_idle > 0. In addition, we
4220          * do not idle if
4221          * (a) bfqq is async
4222          * (b) bfqq is in the idle io prio class: in this case we do
4223          * not idle because we want to minimize the bandwidth that
4224          * queues in this class can steal to higher-priority queues
4225          */
4226         if (bfqd->bfq_slice_idle == 0 || !bfq_bfqq_sync(bfqq) ||
4227            bfq_class_idle(bfqq))
4228                 return false;
4229
4230         idling_boosts_thr_with_no_issue =
4231                 idling_boosts_thr_without_issues(bfqd, bfqq);
4232
4233         idling_needed_for_service_guar =
4234                 idling_needed_for_service_guarantees(bfqd, bfqq);
4235
4236         /*
4237          * We have now the two components we need to compute the
4238          * return value of the function, which is true only if idling
4239          * either boosts the throughput (without issues), or is
4240          * necessary to preserve service guarantees.
4241          */
4242         return idling_boosts_thr_with_no_issue ||
4243                 idling_needed_for_service_guar;
4244 }
4245
4246 /*
4247  * If the in-service queue is empty but the function bfq_better_to_idle
4248  * returns true, then:
4249  * 1) the queue must remain in service and cannot be expired, and
4250  * 2) the device must be idled to wait for the possible arrival of a new
4251  *    request for the queue.
4252  * See the comments on the function bfq_better_to_idle for the reasons
4253  * why performing device idling is the best choice to boost the throughput
4254  * and preserve service guarantees when bfq_better_to_idle itself
4255  * returns true.
4256  */
4257 static bool bfq_bfqq_must_idle(struct bfq_queue *bfqq)
4258 {
4259         return RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) && bfq_better_to_idle(bfqq);
4260 }
4261
4262 /*
4263  * This function chooses the queue from which to pick the next extra
4264  * I/O request to inject, if it finds a compatible queue. See the
4265  * comments on bfq_update_inject_limit() for details on the injection
4266  * mechanism, and for the definitions of the quantities mentioned
4267  * below.
4268  */
4269 static struct bfq_queue *
4270 bfq_choose_bfqq_for_injection(struct bfq_data *bfqd)
4271 {
4272         struct bfq_queue *bfqq, *in_serv_bfqq = bfqd->in_service_queue;
4273         unsigned int limit = in_serv_bfqq->inject_limit;
4274         /*
4275          * If
4276          * - bfqq is not weight-raised and therefore does not carry
4277          *   time-critical I/O,
4278          * or
4279          * - regardless of whether bfqq is weight-raised, bfqq has
4280          *   however a long think time, during which it can absorb the
4281          *   effect of an appropriate number of extra I/O requests
4282          *   from other queues (see bfq_update_inject_limit for
4283          *   details on the computation of this number);
4284          * then injection can be performed without restrictions.
4285          */
4286         bool in_serv_always_inject = in_serv_bfqq->wr_coeff == 1 ||
4287                 !bfq_bfqq_has_short_ttime(in_serv_bfqq);
4288
4289         /*
4290          * If
4291          * - the baseline total service time could not be sampled yet,
4292          *   so the inject limit happens to be still 0, and
4293          * - a lot of time has elapsed since the plugging of I/O
4294          *   dispatching started, so drive speed is being wasted
4295          *   significantly;
4296          * then temporarily raise inject limit to one request.
4297          */
4298         if (limit == 0 && in_serv_bfqq->last_serv_time_ns == 0 &&
4299             bfq_bfqq_wait_request(in_serv_bfqq) &&
4300             time_is_before_eq_jiffies(bfqd->last_idling_start_jiffies +
4301                                       bfqd->bfq_slice_idle)
4302                 )
4303                 limit = 1;
4304
4305         if (bfqd->rq_in_driver >= limit)
4306                 return NULL;
4307
4308         /*
4309          * Linear search of the source queue for injection; but, with
4310          * a high probability, very few steps are needed to find a
4311          * candidate queue, i.e., a queue with enough budget left for
4312          * its next request. In fact:
4313          * - BFQ dynamically updates the budget of every queue so as
4314          *   to accommodate the expected backlog of the queue;
4315          * - if a queue gets all its requests dispatched as injected
4316          *   service, then the queue is removed from the active list
4317          *   (and re-added only if it gets new requests, but then it
4318          *   is assigned again enough budget for its new backlog).
4319          */
4320         list_for_each_entry(bfqq, &bfqd->active_list, bfqq_list)
4321                 if (!RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) &&
4322                     (in_serv_always_inject || bfqq->wr_coeff > 1) &&
4323                     bfq_serv_to_charge(bfqq->next_rq, bfqq) <=
4324                     bfq_bfqq_budget_left(bfqq)) {
4325                         /*
4326                          * Allow for only one large in-flight request
4327                          * on non-rotational devices, for the
4328                          * following reason. On non-rotationl drives,
4329                          * large requests take much longer than
4330                          * smaller requests to be served. In addition,
4331                          * the drive prefers to serve large requests
4332                          * w.r.t. to small ones, if it can choose. So,
4333                          * having more than one large requests queued
4334                          * in the drive may easily make the next first
4335                          * request of the in-service queue wait for so
4336                          * long to break bfqq's service guarantees. On
4337                          * the bright side, large requests let the
4338                          * drive reach a very high throughput, even if
4339                          * there is only one in-flight large request
4340                          * at a time.
4341                          */
4342                         if (blk_queue_nonrot(bfqd->queue) &&
4343                             blk_rq_sectors(bfqq->next_rq) >=
4344                             BFQQ_SECT_THR_NONROT)
4345                                 limit = min_t(unsigned int, 1, limit);
4346                         else
4347                                 limit = in_serv_bfqq->inject_limit;
4348
4349                         if (bfqd->rq_in_driver < limit) {
4350                                 bfqd->rqs_injected = true;
4351                                 return bfqq;
4352                         }
4353                 }
4354
4355         return NULL;
4356 }
4357
4358 /*
4359  * Select a queue for service.  If we have a current queue in service,
4360  * check whether to continue servicing it, or retrieve and set a new one.
4361  */
4362 static struct bfq_queue *bfq_select_queue(struct bfq_data *bfqd)
4363 {
4364         struct bfq_queue *bfqq;
4365         struct request *next_rq;
4366         enum bfqq_expiration reason = BFQQE_BUDGET_TIMEOUT;
4367
4368         bfqq = bfqd->in_service_queue;
4369         if (!bfqq)
4370                 goto new_queue;
4371
4372         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "select_queue: already in-service queue");
4373
4374         /*
4375          * Do not expire bfqq for budget timeout if bfqq may be about
4376          * to enjoy device idling. The reason why, in this case, we
4377          * prevent bfqq from expiring is the same as in the comments
4378          * on the case where bfq_bfqq_must_idle() returns true, in
4379          * bfq_completed_request().
4380          */
4381         if (bfq_may_expire_for_budg_timeout(bfqq) &&
4382             !bfq_bfqq_must_idle(bfqq))
4383                 goto expire;
4384
4385 check_queue:
4386         /*
4387          * This loop is rarely executed more than once. Even when it
4388          * happens, it is much more convenient to re-execute this loop
4389          * than to return NULL and trigger a new dispatch to get a
4390          * request served.
4391          */
4392         next_rq = bfqq->next_rq;
4393         /*
4394          * If bfqq has requests queued and it has enough budget left to
4395          * serve them, keep the queue, otherwise expire it.
4396          */
4397         if (next_rq) {
4398                 if (bfq_serv_to_charge(next_rq, bfqq) >
4399                         bfq_bfqq_budget_left(bfqq)) {
4400                         /*
4401                          * Expire the queue for budget exhaustion,
4402                          * which makes sure that the next budget is
4403                          * enough to serve the next request, even if
4404                          * it comes from the fifo expired path.
4405                          */
4406                         reason = BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED;
4407                         goto expire;
4408                 } else {
4409                         /*
4410                          * The idle timer may be pending because we may
4411                          * not disable disk idling even when a new request
4412                          * arrives.
4413                          */
4414                         if (bfq_bfqq_wait_request(bfqq)) {
4415                                 /*
4416                                  * If we get here: 1) at least a new request
4417                                  * has arrived but we have not disabled the
4418                                  * timer because the request was too small,
4419                                  * 2) then the block layer has unplugged
4420                                  * the device, causing the dispatch to be
4421                                  * invoked.
4422                                  *
4423                                  * Since the device is unplugged, now the
4424                                  * requests are probably large enough to
4425                                  * provide a reasonable throughput.
4426                                  * So we disable idling.
4427                                  */
4428                                 bfq_clear_bfqq_wait_request(bfqq);
4429                                 hrtimer_try_to_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
4430                         }
4431                         goto keep_queue;
4432                 }
4433         }
4434
4435         /*
4436          * No requests pending. However, if the in-service queue is idling
4437          * for a new request, or has requests waiting for a completion and
4438          * may idle after their completion, then keep it anyway.
4439          *
4440          * Yet, inject service from other queues if it boosts
4441          * throughput and is possible.
4442          */
4443         if (bfq_bfqq_wait_request(bfqq) ||
4444             (bfqq->dispatched != 0 && bfq_better_to_idle(bfqq))) {
4445                 struct bfq_queue *async_bfqq =
4446                         bfqq->bic && bfqq->bic->bfqq[0] &&
4447                         bfq_bfqq_busy(bfqq->bic->bfqq[0]) &&
4448                         bfqq->bic->bfqq[0]->next_rq ?
4449                         bfqq->bic->bfqq[0] : NULL;
4450
4451                 /*
4452                  * The next three mutually-exclusive ifs decide
4453                  * whether to try injection, and choose the queue to
4454                  * pick an I/O request from.
4455                  *
4456                  * The first if checks whether the process associated
4457                  * with bfqq has also async I/O pending. If so, it
4458                  * injects such I/O unconditionally. Injecting async
4459                  * I/O from the same process can cause no harm to the
4460                  * process. On the contrary, it can only increase
4461                  * bandwidth and reduce latency for the process.
4462                  *
4463                  * The second if checks whether there happens to be a
4464                  * non-empty waker queue for bfqq, i.e., a queue whose
4465                  * I/O needs to be completed for bfqq to receive new
4466                  * I/O. This happens, e.g., if bfqq is associated with
4467                  * a process that does some sync. A sync generates
4468                  * extra blocking I/O, which must be completed before
4469                  * the process associated with bfqq can go on with its
4470                  * I/O. If the I/O of the waker queue is not served,
4471                  * then bfqq remains empty, and no I/O is dispatched,
4472                  * until the idle timeout fires for bfqq. This is
4473                  * likely to result in lower bandwidth and higher
4474                  * latencies for bfqq, and in a severe loss of total
4475                  * throughput. The best action to take is therefore to
4476                  * serve the waker queue as soon as possible. So do it
4477                  * (without relying on the third alternative below for
4478                  * eventually serving waker_bfqq's I/O; see the last
4479                  * paragraph for further details). This systematic
4480                  * injection of I/O from the waker queue does not
4481                  * cause any delay to bfqq's I/O. On the contrary,
4482                  * next bfqq's I/O is brought forward dramatically,
4483                  * for it is not blocked for milliseconds.
4484                  *
4485                  * The third if checks whether bfqq is a queue for
4486                  * which it is better to avoid injection. It is so if
4487                  * bfqq delivers more throughput when served without
4488                  * any further I/O from other queues in the middle, or
4489                  * if the service times of bfqq's I/O requests both
4490                  * count more than overall throughput, and may be
4491                  * easily increased by injection (this happens if bfqq
4492                  * has a short think time). If none of these
4493                  * conditions holds, then a candidate queue for
4494                  * injection is looked for through
4495                  * bfq_choose_bfqq_for_injection(). Note that the
4496                  * latter may return NULL (for example if the inject
4497                  * limit for bfqq is currently 0).
4498                  *
4499                  * NOTE: motivation for the second alternative
4500                  *
4501                  * Thanks to the way the inject limit is updated in
4502                  * bfq_update_has_short_ttime(), it is rather likely
4503                  * that, if I/O is being plugged for bfqq and the
4504                  * waker queue has pending I/O requests that are
4505                  * blocking bfqq's I/O, then the third alternative
4506                  * above lets the waker queue get served before the
4507                  * I/O-plugging timeout fires. So one may deem the
4508                  * second alternative superfluous. It is not, because
4509                  * the third alternative may be way less effective in
4510                  * case of a synchronization. For two main
4511                  * reasons. First, throughput may be low because the
4512                  * inject limit may be too low to guarantee the same
4513                  * amount of injected I/O, from the waker queue or
4514                  * other queues, that the second alternative
4515                  * guarantees (the second alternative unconditionally
4516                  * injects a pending I/O request of the waker queue
4517                  * for each bfq_dispatch_request()). Second, with the
4518                  * third alternative, the duration of the plugging,
4519                  * i.e., the time before bfqq finally receives new I/O,
4520                  * may not be minimized, because the waker queue may
4521                  * happen to be served only after other queues.
4522                  */
4523                 if (async_bfqq &&
4524                     icq_to_bic(async_bfqq->next_rq->elv.icq) == bfqq->bic &&
4525                     bfq_serv_to_charge(async_bfqq->next_rq, async_bfqq) <=
4526                     bfq_bfqq_budget_left(async_bfqq))
4527                         bfqq = bfqq->bic->bfqq[0];
4528                 else if (bfq_bfqq_has_waker(bfqq) &&
4529                            bfq_bfqq_busy(bfqq->waker_bfqq) &&
4530                            bfqq->next_rq &&
4531                            bfq_serv_to_charge(bfqq->waker_bfqq->next_rq,
4532                                               bfqq->waker_bfqq) <=
4533                            bfq_bfqq_budget_left(bfqq->waker_bfqq)
4534                         )
4535                         bfqq = bfqq->waker_bfqq;
4536                 else if (!idling_boosts_thr_without_issues(bfqd, bfqq) &&
4537                          (bfqq->wr_coeff == 1 || bfqd->wr_busy_queues > 1 ||
4538                           !bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq)))
4539                         bfqq = bfq_choose_bfqq_for_injection(bfqd);
4540                 else
4541                         bfqq = NULL;
4542
4543                 goto keep_queue;
4544         }
4545
4546         reason = BFQQE_NO_MORE_REQUESTS;
4547 expire:
4548         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false, reason);
4549 new_queue:
4550         bfqq = bfq_set_in_service_queue(bfqd);
4551         if (bfqq) {
4552                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "select_queue: checking new queue");
4553                 goto check_queue;
4554         }
4555 keep_queue:
4556         if (bfqq)
4557                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "select_queue: returned this queue");
4558         else
4559                 bfq_log(bfqd, "select_queue: no queue returned");
4560
4561         return bfqq;
4562 }
4563
4564 static void bfq_update_wr_data(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
4565 {
4566         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
4567
4568         if (bfqq->wr_coeff > 1) { /* queue is being weight-raised */
4569                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq,
4570                         "raising period dur %u/%u msec, old coeff %u, w %d(%d)",
4571                         jiffies_to_msecs(jiffies - bfqq->last_wr_start_finish),
4572                         jiffies_to_msecs(bfqq->wr_cur_max_time),
4573                         bfqq->wr_coeff,
4574                         bfqq->entity.weight, bfqq->entity.orig_weight);
4575
4576                 if (entity->prio_changed)
4577                         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "WARN: pending prio change");
4578
4579                 /*
4580                  * If the queue was activated in a burst, or too much
4581                  * time has elapsed from the beginning of this
4582                  * weight-raising period, then end weight raising.
4583                  */
4584                 if (bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq))
4585                         bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
4586                 else if (time_is_before_jiffies(bfqq->last_wr_start_finish +
4587                                                 bfqq->wr_cur_max_time)) {
4588                         if (bfqq->wr_cur_max_time != bfqd->bfq_wr_rt_max_time ||
4589                         time_is_before_jiffies(bfqq->wr_start_at_switch_to_srt +
4590                                                bfq_wr_duration(bfqd)))
4591                                 bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
4592                         else {
4593                                 switch_back_to_interactive_wr(bfqq, bfqd);
4594                                 bfqq->entity.prio_changed = 1;
4595                         }
4596                 }
4597                 if (bfqq->wr_coeff > 1 &&
4598                     bfqq->wr_cur_max_time != bfqd->bfq_wr_rt_max_time &&
4599                     bfqq->service_from_wr > max_service_from_wr) {
4600                         /* see comments on max_service_from_wr */
4601                         bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
4602                 }
4603         }
4604         /*
4605          * To improve latency (for this or other queues), immediately
4606          * update weight both if it must be raised and if it must be
4607          * lowered. Since, entity may be on some active tree here, and
4608          * might have a pending change of its ioprio class, invoke
4609          * next function with the last parameter unset (see the
4610          * comments on the function).
4611          */
4612         if ((entity->weight > entity->orig_weight) != (bfqq->wr_coeff > 1))
4613                 __bfq_entity_update_weight_prio(bfq_entity_service_tree(entity),
4614                                                 entity, false);
4615 }
4616
4617 /*
4618  * Dispatch next request from bfqq.
4619  */
4620 static struct request *bfq_dispatch_rq_from_bfqq(struct bfq_data *bfqd,
4621                                                  struct bfq_queue *bfqq)
4622 {
4623         struct request *rq = bfqq->next_rq;
4624         unsigned long service_to_charge;
4625
4626         service_to_charge = bfq_serv_to_charge(rq, bfqq);
4627
4628         bfq_bfqq_served(bfqq, service_to_charge);
4629
4630         if (bfqq == bfqd->in_service_queue && bfqd->wait_dispatch) {
4631                 bfqd->wait_dispatch = false;
4632                 bfqd->waited_rq = rq;
4633         }
4634
4635         bfq_dispatch_remove(bfqd->queue, rq);
4636
4637         if (bfqq != bfqd->in_service_queue)
4638                 goto return_rq;
4639
4640         /*
4641          * If weight raising has to terminate for bfqq, then next
4642          * function causes an immediate update of bfqq's weight,
4643          * without waiting for next activation. As a consequence, on
4644          * expiration, bfqq will be timestamped as if has never been
4645          * weight-raised during this service slot, even if it has
4646          * received part or even most of the service as a
4647          * weight-raised queue. This inflates bfqq's timestamps, which
4648          * is beneficial, as bfqq is then more willing to leave the
4649          * device immediately to possible other weight-raised queues.
4650          */
4651         bfq_update_wr_data(bfqd, bfqq);
4652
4653         /*
4654          * Expire bfqq, pretending that its budget expired, if bfqq
4655          * belongs to CLASS_IDLE and other queues are waiting for
4656          * service.
4657          */
4658         if (!(bfq_tot_busy_queues(bfqd) > 1 && bfq_class_idle(bfqq)))
4659                 goto return_rq;
4660
4661         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false, BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED);
4662
4663 return_rq:
4664         return rq;
4665 }
4666
4667 static bool bfq_has_work(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
4668 {
4669         struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
4670
4671         /*
4672          * Avoiding lock: a race on bfqd->busy_queues should cause at
4673          * most a call to dispatch for nothing
4674          */
4675         return !list_empty_careful(&bfqd->dispatch) ||
4676                 bfq_tot_busy_queues(bfqd) > 0;
4677 }
4678
4679 static struct request *__bfq_dispatch_request(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
4680 {
4681         struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
4682         struct request *rq = NULL;
4683         struct bfq_queue *bfqq = NULL;
4684
4685         if (!list_empty(&bfqd->dispatch)) {
4686                 rq = list_first_entry(&bfqd->dispatch, struct request,
4687                                       queuelist);
4688                 list_del_init(&rq->queuelist);
4689
4690                 bfqq = RQ_BFQQ(rq);
4691
4692                 if (bfqq) {
4693                         /*
4694                          * Increment counters here, because this
4695                          * dispatch does not follow the standard
4696                          * dispatch flow (where counters are
4697                          * incremented)
4698                          */
4699                         bfqq->dispatched++;
4700
4701                         goto inc_in_driver_start_rq;
4702                 }
4703
4704                 /*
4705                  * We exploit the bfq_finish_requeue_request hook to
4706                  * decrement rq_in_driver, but
4707                  * bfq_finish_requeue_request will not be invoked on
4708                  * this request. So, to avoid unbalance, just start
4709                  * this request, without incrementing rq_in_driver. As
4710                  * a negative consequence, rq_in_driver is deceptively
4711                  * lower than it should be while this request is in
4712                  * service. This may cause bfq_schedule_dispatch to be
4713                  * invoked uselessly.
4714                  *
4715                  * As for implementing an exact solution, the
4716                  * bfq_finish_requeue_request hook, if defined, is
4717                  * probably invoked also on this request. So, by
4718                  * exploiting this hook, we could 1) increment
4719                  * rq_in_driver here, and 2) decrement it in
4720                  * bfq_finish_requeue_request. Such a solution would
4721                  * let the value of the counter be always accurate,
4722                  * but it would entail using an extra interface
4723                  * function. This cost seems higher than the benefit,
4724                  * being the frequency of non-elevator-private
4725                  * requests very low.
4726                  */
4727                 goto start_rq;
4728         }
4729
4730         bfq_log(bfqd, "dispatch requests: %d busy queues",
4731                 bfq_tot_busy_queues(bfqd));
4732
4733         if (bfq_tot_busy_queues(bfqd) == 0)
4734                 goto exit;
4735
4736         /*
4737          * Force device to serve one request at a time if
4738          * strict_guarantees is true. Forcing this service scheme is
4739          * currently the ONLY way to guarantee that the request
4740          * service order enforced by the scheduler is respected by a
4741          * queueing device. Otherwise the device is free even to make
4742          * some unlucky request wait for as long as the device
4743          * wishes.
4744          *
4745          * Of course, serving one request at at time may cause loss of
4746          * throughput.
4747          */
4748         if (bfqd->strict_guarantees && bfqd->rq_in_driver > 0)
4749                 goto exit;
4750
4751         bfqq = bfq_select_queue(bfqd);
4752         if (!bfqq)
4753                 goto exit;
4754
4755         rq = bfq_dispatch_rq_from_bfqq(bfqd, bfqq);
4756
4757         if (rq) {
4758 inc_in_driver_start_rq:
4759                 bfqd->rq_in_driver++;
4760 start_rq:
4761                 rq->rq_flags |= RQF_STARTED;
4762         }
4763 exit:
4764         return rq;
4765 }
4766
4767 #ifdef CONFIG_BFQ_CGROUP_DEBUG
4768 static void bfq_update_dispatch_stats(struct request_queue *q,
4769                                       struct request *rq,
4770                                       struct bfq_queue *in_serv_queue,
4771                                       bool idle_timer_disabled)
4772 {
4773         struct bfq_queue *bfqq = rq ? RQ_BFQQ(rq) : NULL;
4774
4775         if (!idle_timer_disabled && !bfqq)
4776                 return;
4777
4778         /*
4779          * rq and bfqq are guaranteed to exist until this function
4780          * ends, for the following reasons. First, rq can be
4781          * dispatched to the device, and then can be completed and
4782          * freed, only after this function ends. Second, rq cannot be
4783          * merged (and thus freed because of a merge) any longer,
4784          * because it has already started. Thus rq cannot be freed
4785          * before this function ends, and, since rq has a reference to
4786          * bfqq, the same guarantee holds for bfqq too.
4787          *
4788          * In addition, the following queue lock guarantees that
4789          * bfqq_group(bfqq) exists as well.
4790          */
4791         spin_lock_irq(&q->queue_lock);
4792         if (idle_timer_disabled)
4793                 /*
4794                  * Since the idle timer has been disabled,
4795                  * in_serv_queue contained some request when
4796                  * __bfq_dispatch_request was invoked above, which
4797                  * implies that rq was picked exactly from
4798                  * in_serv_queue. Thus in_serv_queue == bfqq, and is
4799                  * therefore guaranteed to exist because of the above
4800                  * arguments.
4801                  */
4802                 bfqg_stats_update_idle_time(bfqq_group(in_serv_queue));
4803         if (bfqq) {
4804                 struct bfq_group *bfqg = bfqq_group(bfqq);
4805
4806                 bfqg_stats_update_avg_queue_size(bfqg);
4807                 bfqg_stats_set_start_empty_time(bfqg);
4808                 bfqg_stats_update_io_remove(bfqg, rq->cmd_flags);
4809         }
4810         spin_unlock_irq(&q->queue_lock);
4811 }
4812 #else
4813 static inline void bfq_update_dispatch_stats(struct request_queue *q,
4814                                              struct request *rq,
4815                                              struct bfq_queue *in_serv_queue,
4816                                              bool idle_timer_disabled) {}
4817 #endif /* CONFIG_BFQ_CGROUP_DEBUG */
4818
4819 static struct request *bfq_dispatch_request(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
4820 {
4821         struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
4822         struct request *rq;
4823         struct bfq_queue *in_serv_queue;
4824         bool waiting_rq, idle_timer_disabled = false;
4825
4826         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
4827
4828         in_serv_queue = bfqd->in_service_queue;
4829         waiting_rq = in_serv_queue && bfq_bfqq_wait_request(in_serv_queue);
4830
4831         rq = __bfq_dispatch_request(hctx);
4832         if (in_serv_queue == bfqd->in_service_queue) {
4833                 idle_timer_disabled =
4834                         waiting_rq && !bfq_bfqq_wait_request(in_serv_queue);
4835         }
4836
4837         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
4838         bfq_update_dispatch_stats(hctx->queue, rq,
4839                         idle_timer_disabled ? in_serv_queue : NULL,
4840                                 idle_timer_disabled);
4841
4842         return rq;
4843 }
4844
4845 /*
4846  * Task holds one reference to the queue, dropped when task exits.  Each rq
4847  * in-flight on this queue also holds a reference, dropped when rq is freed.
4848  *
4849  * Scheduler lock must be held here. Recall not to use bfqq after calling
4850  * this function on it.
4851  */
4852 void bfq_put_queue(struct bfq_queue *bfqq)
4853 {
4854         struct bfq_queue *item;
4855         struct hlist_node *n;
4856         struct bfq_group *bfqg = bfqq_group(bfqq);
4857
4858         if (bfqq->bfqd)
4859                 bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "put_queue: %p %d",
4860                              bfqq, bfqq->ref);
4861
4862         bfqq->ref--;
4863         if (bfqq->ref)
4864                 return;
4865
4866         if (!hlist_unhashed(&bfqq->burst_list_node)) {
4867                 hlist_del_init(&bfqq->burst_list_node);
4868                 /*
4869                  * Decrement also burst size after the removal, if the
4870                  * process associated with bfqq is exiting, and thus
4871                  * does not contribute to the burst any longer. This
4872                  * decrement helps filter out false positives of large
4873                  * bursts, when some short-lived process (often due to
4874                  * the execution of commands by some service) happens
4875                  * to start and exit while a complex application is
4876                  * starting, and thus spawning several processes that
4877                  * do I/O (and that *must not* be treated as a large
4878                  * burst, see comments on bfq_handle_burst).
4879                  *
4880                  * In particular, the decrement is performed only if:
4881                  * 1) bfqq is not a merged queue, because, if it is,
4882                  * then this free of bfqq is not triggered by the exit
4883                  * of the process bfqq is associated with, but exactly
4884                  * by the fact that bfqq has just been merged.
4885                  * 2) burst_size is greater than 0, to handle
4886                  * unbalanced decrements. Unbalanced decrements may
4887                  * happen in te following case: bfqq is inserted into
4888                  * the current burst list--without incrementing
4889                  * bust_size--because of a split, but the current
4890                  * burst list is not the burst list bfqq belonged to
4891                  * (see comments on the case of a split in
4892                  * bfq_set_request).
4893                  */
4894                 if (bfqq->bic && bfqq->bfqd->burst_size > 0)
4895                         bfqq->bfqd->burst_size--;
4896         }
4897
4898         /*
4899          * bfqq does not exist any longer, so it cannot be woken by
4900          * any other queue, and cannot wake any other queue. Then bfqq
4901          * must be removed from the woken list of its possible waker
4902          * queue, and all queues in the woken list of bfqq must stop
4903          * having a waker queue. Strictly speaking, these updates
4904          * should be performed when bfqq remains with no I/O source
4905          * attached to it, which happens before bfqq gets freed. In
4906          * particular, this happens when the last process associated
4907          * with bfqq exits or gets associated with a different
4908          * queue. However, both events lead to bfqq being freed soon,
4909          * and dangling references would come out only after bfqq gets
4910          * freed. So these updates are done here, as a simple and safe
4911          * way to handle all cases.
4912          */
4913         /* remove bfqq from woken list */
4914         if (!hlist_unhashed(&bfqq->woken_list_node))
4915                 hlist_del_init(&bfqq->woken_list_node);
4916
4917         /* reset waker for all queues in woken list */
4918         hlist_for_each_entry_safe(item, n, &bfqq->woken_list,
4919                                   woken_list_node) {
4920                 item->waker_bfqq = NULL;
4921                 bfq_clear_bfqq_has_waker(item);
4922                 hlist_del_init(&item->woken_list_node);
4923         }
4924
4925         if (bfqq->bfqd && bfqq->bfqd->last_completed_rq_bfqq == bfqq)
4926                 bfqq->bfqd->last_completed_rq_bfqq = NULL;
4927
4928         kmem_cache_free(bfq_pool, bfqq);
4929         bfqg_and_blkg_put(bfqg);
4930 }
4931
4932 void bfq_put_cooperator(struct bfq_queue *bfqq)
4933 {
4934         struct bfq_queue *__bfqq, *next;
4935
4936         /*
4937          * If this queue was scheduled to merge with another queue, be
4938          * sure to drop the reference taken on that queue (and others in
4939          * the merge chain). See bfq_setup_merge and bfq_merge_bfqqs.
4940          */
4941         __bfqq = bfqq->new_bfqq;
4942         while (__bfqq) {
4943                 if (__bfqq == bfqq)
4944                         break;
4945                 next = __bfqq->new_bfqq;
4946                 bfq_put_queue(__bfqq);
4947                 __bfqq = next;
4948         }
4949 }
4950
4951 static void bfq_exit_bfqq(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
4952 {
4953         if (bfqq == bfqd->in_service_queue) {
4954                 __bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, BFQQE_BUDGET_TIMEOUT);
4955                 bfq_schedule_dispatch(bfqd);
4956         }
4957
4958         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "exit_bfqq: %p, %d", bfqq, bfqq->ref);
4959
4960         bfq_put_cooperator(bfqq);
4961
4962         bfq_release_process_ref(bfqd, bfqq);
4963 }
4964
4965 static void bfq_exit_icq_bfqq(struct bfq_io_cq *bic, bool is_sync)
4966 {
4967         struct bfq_queue *bfqq = bic_to_bfqq(bic, is_sync);
4968         struct bfq_data *bfqd;
4969
4970         if (bfqq)
4971                 bfqd = bfqq->bfqd; /* NULL if scheduler already exited */
4972
4973         if (bfqq && bfqd) {
4974                 unsigned long flags;
4975
4976                 spin_lock_irqsave(&bfqd->lock, flags);
4977                 bfqq->bic = NULL;
4978                 bfq_exit_bfqq(bfqd, bfqq);
4979                 bic_set_bfqq(bic, NULL, is_sync);
4980                 spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
4981         }
4982 }
4983
4984 static void bfq_exit_icq(struct io_cq *icq)
4985 {
4986         struct bfq_io_cq *bic = icq_to_bic(icq);
4987
4988         bfq_exit_icq_bfqq(bic, true);
4989         bfq_exit_icq_bfqq(bic, false);
4990 }
4991
4992 /*
4993  * Update the entity prio values; note that the new values will not
4994  * be used until the next (re)activation.
4995  */
4996 static void
4997 bfq_set_next_ioprio_data(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_io_cq *bic)
4998 {
4999         struct task_struct *tsk = current;
5000         int ioprio_class;
5001         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
5002
5003         if (!bfqd)
5004                 return;
5005
5006         ioprio_class = IOPRIO_PRIO_CLASS(bic->ioprio);
5007         switch (ioprio_class) {
5008         default:
5009                 dev_err(bfqq->bfqd->queue->backing_dev_info->dev,
5010                         "bfq: bad prio class %d\n", ioprio_class);
5011                 /* fall through */
5012         case IOPRIO_CLASS_NONE:
5013                 /*
5014                  * No prio set, inherit CPU scheduling settings.
5015                  */
5016                 bfqq->new_ioprio = task_nice_ioprio(tsk);
5017                 bfqq->new_ioprio_class = task_nice_ioclass(tsk);
5018                 break;
5019         case IOPRIO_CLASS_RT:
5020                 bfqq->new_ioprio = IOPRIO_PRIO_DATA(bic->ioprio);
5021                 bfqq->new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_RT;
5022                 break;
5023         case IOPRIO_CLASS_BE:
5024                 bfqq->new_ioprio = IOPRIO_PRIO_DATA(bic->ioprio);
5025                 bfqq->new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_BE;
5026                 break;
5027         case IOPRIO_CLASS_IDLE:
5028                 bfqq->new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_IDLE;
5029                 bfqq->new_ioprio = 7;
5030                 break;
5031         }
5032
5033         if (bfqq->new_ioprio >= IOPRIO_BE_NR) {
5034                 pr_crit("bfq_set_next_ioprio_data: new_ioprio %d\n",
5035                         bfqq->new_ioprio);
5036                 bfqq->new_ioprio = IOPRIO_BE_NR - 1;
5037         }
5038
5039         bfqq->entity.new_weight = bfq_ioprio_to_weight(bfqq->new_ioprio);
5040         bfqq->entity.prio_changed = 1;
5041 }
5042
5043 static struct bfq_queue *bfq_get_queue(struct bfq_data *bfqd,
5044                                        struct bio *bio, bool is_sync,
5045                                        struct bfq_io_cq *bic);
5046
5047 static void bfq_check_ioprio_change(struct bfq_io_cq *bic, struct bio *bio)
5048 {
5049         struct bfq_data *bfqd = bic_to_bfqd(bic);
5050         struct bfq_queue *bfqq;
5051         int ioprio = bic->icq.ioc->ioprio;
5052
5053         /*
5054          * This condition may trigger on a newly created bic, be sure to
5055          * drop the lock before returning.
5056          */
5057         if (unlikely(!bfqd) || likely(bic->ioprio == ioprio))
5058                 return;
5059
5060         bic->ioprio = ioprio;
5061
5062         bfqq = bic_to_bfqq(bic, false);
5063         if (bfqq) {
5064                 bfq_release_process_ref(bfqd, bfqq);
5065                 bfqq = bfq_get_queue(bfqd, bio, BLK_RW_ASYNC, bic);
5066                 bic_set_bfqq(bic, bfqq, false);
5067         }
5068
5069         bfqq = bic_to_bfqq(bic, true);
5070         if (bfqq)
5071                 bfq_set_next_ioprio_data(bfqq, bic);
5072 }
5073
5074 static void bfq_init_bfqq(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
5075                           struct bfq_io_cq *bic, pid_t pid, int is_sync)
5076 {
5077         RB_CLEAR_NODE(&bfqq->entity.rb_node);
5078         INIT_LIST_HEAD(&bfqq->fifo);
5079         INIT_HLIST_NODE(&bfqq->burst_list_node);
5080         INIT_HLIST_NODE(&bfqq->woken_list_node);
5081         INIT_HLIST_HEAD(&bfqq->woken_list);
5082
5083         bfqq->ref = 0;
5084         bfqq->bfqd = bfqd;
5085
5086         if (bic)
5087                 bfq_set_next_ioprio_data(bfqq, bic);
5088
5089         if (is_sync) {
5090                 /*
5091                  * No need to mark as has_short_ttime if in
5092                  * idle_class, because no device idling is performed
5093                  * for queues in idle class
5094                  */
5095                 if (!bfq_class_idle(bfqq))
5096                         /* tentatively mark as has_short_ttime */
5097                         bfq_mark_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
5098                 bfq_mark_bfqq_sync(bfqq);
5099                 bfq_mark_bfqq_just_created(bfqq);
5100         } else
5101                 bfq_clear_bfqq_sync(bfqq);
5102
5103         /* set end request to minus infinity from now */
5104         bfqq->ttime.last_end_request = ktime_get_ns() + 1;
5105
5106         bfq_mark_bfqq_IO_bound(bfqq);
5107
5108         bfqq->pid = pid;
5109
5110         /* Tentative initial value to trade off between thr and lat */
5111         bfqq->max_budget = (2 * bfq_max_budget(bfqd)) / 3;
5112         bfqq->budget_timeout = bfq_smallest_from_now();
5113
5114         bfqq->wr_coeff = 1;
5115         bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
5116         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt = bfq_smallest_from_now();
5117         bfqq->split_time = bfq_smallest_from_now();
5118
5119         /*
5120          * To not forget the possibly high bandwidth consumed by a
5121          * process/queue in the recent past,
5122          * bfq_bfqq_softrt_next_start() returns a value at least equal
5123          * to the current value of bfqq->soft_rt_next_start (see
5124          * comments on bfq_bfqq_softrt_next_start).  Set
5125          * soft_rt_next_start to now, to mean that bfqq has consumed
5126          * no bandwidth so far.
5127          */
5128         bfqq->soft_rt_next_start = jiffies;
5129
5130         /* first request is almost certainly seeky */
5131         bfqq->seek_history = 1;
5132 }
5133
5134 static struct bfq_queue **bfq_async_queue_prio(struct bfq_data *bfqd,
5135                                                struct bfq_group *bfqg,
5136                                                int ioprio_class, int ioprio)
5137 {
5138         switch (ioprio_class) {
5139         case IOPRIO_CLASS_RT:
5140                 return &bfqg->async_bfqq[0][ioprio];
5141         case IOPRIO_CLASS_NONE:
5142                 ioprio = IOPRIO_NORM;
5143                 /* fall through */
5144         case IOPRIO_CLASS_BE:
5145                 return &bfqg->async_bfqq[1][ioprio];
5146         case IOPRIO_CLASS_IDLE:
5147                 return &bfqg->async_idle_bfqq;
5148         default:
5149                 return NULL;
5150         }
5151 }
5152
5153 static struct bfq_queue *bfq_get_queue(struct bfq_data *bfqd,
5154                                        struct bio *bio, bool is_sync,
5155                                        struct bfq_io_cq *bic)
5156 {
5157         const int ioprio = IOPRIO_PRIO_DATA(bic->ioprio);
5158         const int ioprio_class = IOPRIO_PRIO_CLASS(bic->ioprio);
5159         struct bfq_queue **async_bfqq = NULL;
5160         struct bfq_queue *bfqq;
5161         struct bfq_group *bfqg;
5162
5163         bfqg = bfq_bio_bfqg(bfqd, bio);
5164         if (!is_sync) {
5165                 async_bfqq = bfq_async_queue_prio(bfqd, bfqg, ioprio_class,
5166                                                   ioprio);
5167                 bfqq = *async_bfqq;
5168                 if (bfqq)
5169                         goto out;
5170         }
5171
5172         bfqq = kmem_cache_alloc_node(bfq_pool,
5173                                      GFP_NOWAIT | __GFP_ZERO | __GFP_NOWARN,
5174                                      bfqd->queue->node);
5175
5176         if (bfqq) {
5177                 bfq_init_bfqq(bfqd, bfqq, bic, current->pid,
5178                               is_sync);
5179                 bfq_init_entity(&bfqq->entity, bfqg);
5180                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "allocated");
5181         } else {
5182                 bfqq = &bfqd->oom_bfqq;
5183                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "using oom bfqq");
5184                 goto out;
5185         }
5186
5187         /*
5188          * Pin the queue now that it's allocated, scheduler exit will
5189          * prune it.
5190          */
5191         if (async_bfqq) {
5192                 bfqq->ref++; /*
5193                               * Extra group reference, w.r.t. sync
5194                               * queue. This extra reference is removed
5195                               * only if bfqq->bfqg disappears, to
5196                               * guarantee that this queue is not freed
5197                               * until its group goes away.
5198                               */
5199                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "get_queue, bfqq not in async: %p, %d",
5200                              bfqq, bfqq->ref);
5201                 *async_bfqq = bfqq;
5202         }
5203
5204 out:
5205         bfqq->ref++; /* get a process reference to this queue */
5206         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "get_queue, at end: %p, %d", bfqq, bfqq->ref);
5207         return bfqq;
5208 }
5209
5210 static void bfq_update_io_thinktime(struct bfq_data *bfqd,
5211                                     struct bfq_queue *bfqq)
5212 {
5213         struct bfq_ttime *ttime = &bfqq->ttime;
5214         u64 elapsed = ktime_get_ns() - bfqq->ttime.last_end_request;
5215
5216         elapsed = min_t(u64, elapsed, 2ULL * bfqd->bfq_slice_idle);
5217
5218         ttime->ttime_samples = (7*bfqq->ttime.ttime_samples + 256) / 8;
5219         ttime->ttime_total = div_u64(7*ttime->ttime_total + 256*elapsed,  8);
5220         ttime->ttime_mean = div64_ul(ttime->ttime_total + 128,
5221                                      ttime->ttime_samples);
5222 }
5223
5224 static void
5225 bfq_update_io_seektime(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
5226                        struct request *rq)
5227 {
5228         bfqq->seek_history <<= 1;
5229         bfqq->seek_history |= BFQ_RQ_SEEKY(bfqd, bfqq->last_request_pos, rq);
5230
5231         if (bfqq->wr_coeff > 1 &&
5232             bfqq->wr_cur_max_time == bfqd->bfq_wr_rt_max_time &&
5233             BFQQ_TOTALLY_SEEKY(bfqq))
5234                 bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
5235 }
5236
5237 static void bfq_update_has_short_ttime(struct bfq_data *bfqd,
5238                                        struct bfq_queue *bfqq,
5239                                        struct bfq_io_cq *bic)
5240 {
5241         bool has_short_ttime = true, state_changed;
5242
5243         /*
5244          * No need to update has_short_ttime if bfqq is async or in
5245          * idle io prio class, or if bfq_slice_idle is zero, because
5246          * no device idling is performed for bfqq in this case.
5247          */
5248         if (!bfq_bfqq_sync(bfqq) || bfq_class_idle(bfqq) ||
5249             bfqd->bfq_slice_idle == 0)
5250                 return;
5251
5252         /* Idle window just restored, statistics are meaningless. */
5253         if (time_is_after_eq_jiffies(bfqq->split_time +
5254                                      bfqd->bfq_wr_min_idle_time))
5255                 return;
5256
5257         /* Think time is infinite if no process is linked to
5258          * bfqq. Otherwise check average think time to
5259          * decide whether to mark as has_short_ttime
5260          */
5261         if (atomic_read(&bic->icq.ioc->active_ref) == 0 ||
5262             (bfq_sample_valid(bfqq->ttime.ttime_samples) &&
5263              bfqq->ttime.ttime_mean > bfqd->bfq_slice_idle))
5264                 has_short_ttime = false;
5265
5266         state_changed = has_short_ttime != bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
5267
5268         if (has_short_ttime)
5269                 bfq_mark_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
5270         else
5271                 bfq_clear_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
5272
5273         /*
5274          * Until the base value for the total service time gets
5275          * finally computed for bfqq, the inject limit does depend on
5276          * the think-time state (short|long). In particular, the limit
5277          * is 0 or 1 if the think time is deemed, respectively, as
5278          * short or long (details in the comments in
5279          * bfq_update_inject_limit()). Accordingly, the next
5280          * instructions reset the inject limit if the think-time state
5281          * has changed and the above base value is still to be
5282          * computed.
5283          *
5284          * However, the reset is performed only if more than 100 ms
5285          * have elapsed since the last update of the inject limit, or
5286          * (inclusive) if the change is from short to long think
5287          * time. The reason for this waiting is as follows.
5288          *
5289          * bfqq may have a long think time because of a
5290          * synchronization with some other queue, i.e., because the
5291          * I/O of some other queue may need to be completed for bfqq
5292          * to receive new I/O. Details in the comments on the choice
5293          * of the queue for injection in bfq_select_queue().
5294          *
5295          * As stressed in those comments, if such a synchronization is
5296          * actually in place, then, without injection on bfqq, the
5297          * blocking I/O cannot happen to served while bfqq is in
5298          * service. As a consequence, if bfqq is granted
5299          * I/O-dispatch-plugging, then bfqq remains empty, and no I/O
5300          * is dispatched, until the idle timeout fires. This is likely
5301          * to result in lower bandwidth and higher latencies for bfqq,
5302          * and in a severe loss of total throughput.
5303          *
5304          * On the opposite end, a non-zero inject limit may allow the
5305          * I/O that blocks bfqq to be executed soon, and therefore
5306          * bfqq to receive new I/O soon.
5307          *
5308          * But, if the blocking gets actually eliminated, then the
5309          * next think-time sample for bfqq may be very low. This in
5310          * turn may cause bfqq's think time to be deemed
5311          * short. Without the 100 ms barrier, this new state change
5312          * would cause the body of the next if to be executed
5313          * immediately. But this would set to 0 the inject
5314          * limit. Without injection, the blocking I/O would cause the
5315          * think time of bfqq to become long again, and therefore the
5316          * inject limit to be raised again, and so on. The only effect
5317          * of such a steady oscillation between the two think-time
5318          * states would be to prevent effective injection on bfqq.
5319          *
5320          * In contrast, if the inject limit is not reset during such a
5321          * long time interval as 100 ms, then the number of short
5322          * think time samples can grow significantly before the reset
5323          * is performed. As a consequence, the think time state can
5324          * become stable before the reset. Therefore there will be no
5325          * state change when the 100 ms elapse, and no reset of the
5326          * inject limit. The inject limit remains steadily equal to 1
5327          * both during and after the 100 ms. So injection can be
5328          * performed at all times, and throughput gets boosted.
5329          *
5330          * An inject limit equal to 1 is however in conflict, in
5331          * general, with the fact that the think time of bfqq is
5332          * short, because injection may be likely to delay bfqq's I/O
5333          * (as explained in the comments in
5334          * bfq_update_inject_limit()). But this does not happen in
5335          * this special case, because bfqq's low think time is due to
5336          * an effective handling of a synchronization, through
5337          * injection. In this special case, bfqq's I/O does not get
5338          * delayed by injection; on the contrary, bfqq's I/O is
5339          * brought forward, because it is not blocked for
5340          * milliseconds.
5341          *
5342          * In addition, serving the blocking I/O much sooner, and much
5343          * more frequently than once per I/O-plugging timeout, makes
5344          * it much quicker to detect a waker queue (the concept of
5345          * waker queue is defined in the comments in
5346          * bfq_add_request()). This makes it possible to start sooner
5347          * to boost throughput more effectively, by injecting the I/O
5348          * of the waker queue unconditionally on every
5349          * bfq_dispatch_request().
5350          *
5351          * One last, important benefit of not resetting the inject
5352          * limit before 100 ms is that, during this time interval, the
5353          * base value for the total service time is likely to get
5354          * finally computed for bfqq, freeing the inject limit from
5355          * its relation with the think time.
5356          */
5357         if (state_changed && bfqq->last_serv_time_ns == 0 &&
5358             (time_is_before_eq_jiffies(bfqq->decrease_time_jif +
5359                                       msecs_to_jiffies(100)) ||
5360              !has_short_ttime))
5361                 bfq_reset_inject_limit(bfqd, bfqq);
5362 }
5363
5364 /*
5365  * Called when a new fs request (rq) is added to bfqq.  Check if there's
5366  * something we should do about it.
5367  */
5368 static void bfq_rq_enqueued(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
5369                             struct request *rq)
5370 {
5371         if (rq->cmd_flags & REQ_META)
5372                 bfqq->meta_pending++;
5373
5374         bfqq->last_request_pos = blk_rq_pos(rq) + blk_rq_sectors(rq);
5375
5376         if (bfqq == bfqd->in_service_queue && bfq_bfqq_wait_request(bfqq)) {
5377                 bool small_req = bfqq->queued[rq_is_sync(rq)] == 1 &&
5378                                  blk_rq_sectors(rq) < 32;
5379                 bool budget_timeout = bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq);
5380
5381                 /*
5382                  * There is just this request queued: if
5383                  * - the request is small, and
5384                  * - we are idling to boost throughput, and
5385                  * - the queue is not to be expired,
5386                  * then just exit.
5387                  *
5388                  * In this way, if the device is being idled to wait
5389                  * for a new request from the in-service queue, we
5390                  * avoid unplugging the device and committing the
5391                  * device to serve just a small request. In contrast
5392                  * we wait for the block layer to decide when to
5393                  * unplug the device: hopefully, new requests will be
5394                  * merged to this one quickly, then the device will be
5395                  * unplugged and larger requests will be dispatched.
5396                  */
5397                 if (small_req && idling_boosts_thr_without_issues(bfqd, bfqq) &&
5398                     !budget_timeout)
5399                         return;
5400
5401                 /*
5402                  * A large enough request arrived, or idling is being
5403                  * performed to preserve service guarantees, or
5404                  * finally the queue is to be expired: in all these
5405                  * cases disk idling is to be stopped, so clear
5406                  * wait_request flag and reset timer.
5407                  */
5408                 bfq_clear_bfqq_wait_request(bfqq);
5409                 hrtimer_try_to_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
5410
5411                 /*
5412                  * The queue is not empty, because a new request just
5413                  * arrived. Hence we can safely expire the queue, in
5414                  * case of budget timeout, without risking that the
5415                  * timestamps of the queue are not updated correctly.
5416                  * See [1] for more details.
5417                  */
5418                 if (budget_timeout)
5419                         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false,
5420                                         BFQQE_BUDGET_TIMEOUT);
5421         }
5422 }
5423
5424 /* returns true if it causes the idle timer to be disabled */
5425 static bool __bfq_insert_request(struct bfq_data *bfqd, struct request *rq)
5426 {
5427         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq),
5428                 *new_bfqq = bfq_setup_cooperator(bfqd, bfqq, rq, true);
5429         bool waiting, idle_timer_disabled = false;
5430
5431         if (new_bfqq) {
5432                 /*
5433                  * Release the request's reference to the old bfqq
5434                  * and make sure one is taken to the shared queue.
5435                  */
5436                 new_bfqq->allocated++;
5437                 bfqq->allocated--;
5438                 new_bfqq->ref++;
5439                 /*
5440                  * If the bic associated with the process
5441                  * issuing this request still points to bfqq
5442                  * (and thus has not been already redirected
5443                  * to new_bfqq or even some other bfq_queue),
5444                  * then complete the merge and redirect it to
5445                  * new_bfqq.
5446                  */
5447                 if (bic_to_bfqq(RQ_BIC(rq), 1) == bfqq)
5448                         bfq_merge_bfqqs(bfqd, RQ_BIC(rq),
5449                                         bfqq, new_bfqq);
5450
5451                 bfq_clear_bfqq_just_created(bfqq);
5452                 /*
5453                  * rq is about to be enqueued into new_bfqq,
5454                  * release rq reference on bfqq
5455                  */
5456                 bfq_put_queue(bfqq);
5457                 rq->elv.priv[1] = new_bfqq;
5458                 bfqq = new_bfqq;
5459         }
5460
5461         bfq_update_io_thinktime(bfqd, bfqq);
5462         bfq_update_has_short_ttime(bfqd, bfqq, RQ_BIC(rq));
5463         bfq_update_io_seektime(bfqd, bfqq, rq);
5464
5465         waiting = bfqq && bfq_bfqq_wait_request(bfqq);
5466         bfq_add_request(rq);
5467         idle_timer_disabled = waiting && !bfq_bfqq_wait_request(bfqq);
5468
5469         rq->fifo_time = ktime_get_ns() + bfqd->bfq_fifo_expire[rq_is_sync(rq)];
5470         list_add_tail(&rq->queuelist, &bfqq->fifo);
5471
5472         bfq_rq_enqueued(bfqd, bfqq, rq);
5473
5474         return idle_timer_disabled;
5475 }
5476
5477 #ifdef CONFIG_BFQ_CGROUP_DEBUG
5478 static void bfq_update_insert_stats(struct request_queue *q,
5479                                     struct bfq_queue *bfqq,
5480                                     bool idle_timer_disabled,
5481                                     unsigned int cmd_flags)
5482 {
5483         if (!bfqq)
5484                 return;
5485
5486         /*
5487          * bfqq still exists, because it can disappear only after
5488          * either it is merged with another queue, or the process it
5489          * is associated with exits. But both actions must be taken by
5490          * the same process currently executing this flow of
5491          * instructions.
5492          *
5493          * In addition, the following queue lock guarantees that
5494          * bfqq_group(bfqq) exists as well.
5495          */
5496         spin_lock_irq(&q->queue_lock);
5497         bfqg_stats_update_io_add(bfqq_group(bfqq), bfqq, cmd_flags);
5498         if (idle_timer_disabled)
5499                 bfqg_stats_update_idle_time(bfqq_group(bfqq));
5500         spin_unlock_irq(&q->queue_lock);
5501 }
5502 #else
5503 static inline void bfq_update_insert_stats(struct request_queue *q,
5504                                            struct bfq_queue *bfqq,
5505                                            bool idle_timer_disabled,
5506                                            unsigned int cmd_flags) {}
5507 #endif /* CONFIG_BFQ_CGROUP_DEBUG */
5508
5509 static struct bfq_queue *bfq_init_rq(struct request *rq);
5510
5511 static void bfq_insert_request(struct blk_mq_hw_ctx *hctx, struct request *rq,
5512                                bool at_head)
5513 {
5514         struct request_queue *q = hctx->queue;
5515         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
5516         struct bfq_queue *bfqq;
5517         bool idle_timer_disabled = false;
5518         unsigned int cmd_flags;
5519
5520         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
5521         bfqq = bfq_init_rq(rq);
5522         if (blk_mq_sched_try_insert_merge(q, rq)) {
5523                 spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
5524                 return;
5525         }
5526
5527         blk_mq_sched_request_inserted(rq);
5528
5529         if (!bfqq || at_head || blk_rq_is_passthrough(rq)) {
5530                 if (at_head)
5531                         list_add(&rq->queuelist, &bfqd->dispatch);
5532                 else
5533                         list_add_tail(&rq->queuelist, &bfqd->dispatch);
5534         } else {
5535                 idle_timer_disabled = __bfq_insert_request(bfqd, rq);
5536                 /*
5537                  * Update bfqq, because, if a queue merge has occurred
5538                  * in __bfq_insert_request, then rq has been
5539                  * redirected into a new queue.
5540                  */
5541                 bfqq = RQ_BFQQ(rq);
5542
5543                 if (rq_mergeable(rq)) {
5544                         elv_rqhash_add(q, rq);
5545                         if (!q->last_merge)
5546                                 q->last_merge = rq;
5547                 }
5548         }
5549
5550         /*
5551          * Cache cmd_flags before releasing scheduler lock, because rq
5552          * may disappear afterwards (for example, because of a request
5553          * merge).
5554          */
5555         cmd_flags = rq->cmd_flags;
5556
5557         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
5558
5559         bfq_update_insert_stats(q, bfqq, idle_timer_disabled,
5560                                 cmd_flags);
5561 }
5562
5563 static void bfq_insert_requests(struct blk_mq_hw_ctx *hctx,
5564                                 struct list_head *list, bool at_head)
5565 {
5566         while (!list_empty(list)) {
5567                 struct request *rq;
5568
5569                 rq = list_first_entry(list, struct request, queuelist);
5570                 list_del_init(&rq->queuelist);
5571                 bfq_insert_request(hctx, rq, at_head);
5572         }
5573 }
5574
5575 static void bfq_update_hw_tag(struct bfq_data *bfqd)
5576 {
5577         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->in_service_queue;
5578
5579         bfqd->max_rq_in_driver = max_t(int, bfqd->max_rq_in_driver,
5580                                        bfqd->rq_in_driver);
5581
5582         if (bfqd->hw_tag == 1)
5583                 return;
5584
5585         /*
5586          * This sample is valid if the number of outstanding requests
5587          * is large enough to allow a queueing behavior.  Note that the
5588          * sum is not exact, as it's not taking into account deactivated
5589          * requests.
5590          */
5591         if (bfqd->rq_in_driver + bfqd->queued <= BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD)
5592                 return;
5593
5594         /*
5595          * If active queue hasn't enough requests and can idle, bfq might not
5596          * dispatch sufficient requests to hardware. Don't zero hw_tag in this
5597          * case
5598          */
5599         if (bfqq && bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq) &&
5600             bfqq->dispatched + bfqq->queued[0] + bfqq->queued[1] <
5601             BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD &&
5602             bfqd->rq_in_driver < BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD)
5603                 return;
5604
5605         if (bfqd->hw_tag_samples++ < BFQ_HW_QUEUE_SAMPLES)
5606                 return;
5607
5608         bfqd->hw_tag = bfqd->max_rq_in_driver > BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD;
5609         bfqd->max_rq_in_driver = 0;
5610         bfqd->hw_tag_samples = 0;
5611
5612         bfqd->nonrot_with_queueing =
5613                 blk_queue_nonrot(bfqd->queue) && bfqd->hw_tag;
5614 }
5615
5616 static void bfq_completed_request(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_data *bfqd)
5617 {
5618         u64 now_ns;
5619         u32 delta_us;
5620
5621         bfq_update_hw_tag(bfqd);
5622
5623         bfqd->rq_in_driver--;
5624         bfqq->dispatched--;
5625
5626         if (!bfqq->dispatched && !bfq_bfqq_busy(bfqq)) {
5627                 /*
5628                  * Set budget_timeout (which we overload to store the
5629                  * time at which the queue remains with no backlog and
5630                  * no outstanding request; used by the weight-raising
5631                  * mechanism).
5632                  */
5633                 bfqq->budget_timeout = jiffies;
5634
5635                 bfq_weights_tree_remove(bfqd, bfqq);
5636         }
5637
5638         now_ns = ktime_get_ns();
5639
5640         bfqq->ttime.last_end_request = now_ns;
5641
5642         /*
5643          * Using us instead of ns, to get a reasonable precision in
5644          * computing rate in next check.
5645          */
5646         delta_us = div_u64(now_ns - bfqd->last_completion, NSEC_PER_USEC);
5647
5648         /*
5649          * If the request took rather long to complete, and, according
5650          * to the maximum request size recorded, this completion latency
5651          * implies that the request was certainly served at a very low
5652          * rate (less than 1M sectors/sec), then the whole observation
5653          * interval that lasts up to this time instant cannot be a
5654          * valid time interval for computing a new peak rate.  Invoke
5655          * bfq_update_rate_reset to have the following three steps
5656          * taken:
5657          * - close the observation interval at the last (previous)
5658          *   request dispatch or completion
5659          * - compute rate, if possible, for that observation interval
5660          * - reset to zero samples, which will trigger a proper
5661          *   re-initialization of the observation interval on next
5662          *   dispatch
5663          */
5664         if (delta_us > BFQ_MIN_TT/NSEC_PER_USEC &&
5665            (bfqd->last_rq_max_size<<BFQ_RATE_SHIFT)/delta_us <
5666                         1UL<<(BFQ_RATE_SHIFT - 10))
5667                 bfq_update_rate_reset(bfqd, NULL);
5668         bfqd->last_completion = now_ns;
5669         bfqd->last_completed_rq_bfqq = bfqq;
5670
5671         /*
5672          * If we are waiting to discover whether the request pattern
5673          * of the task associated with the queue is actually
5674          * isochronous, and both requisites for this condition to hold
5675          * are now satisfied, then compute soft_rt_next_start (see the
5676          * comments on the function bfq_bfqq_softrt_next_start()). We
5677          * do not compute soft_rt_next_start if bfqq is in interactive
5678          * weight raising (see the comments in bfq_bfqq_expire() for
5679          * an explanation). We schedule this delayed update when bfqq
5680          * expires, if it still has in-flight requests.
5681          */
5682         if (bfq_bfqq_softrt_update(bfqq) && bfqq->dispatched == 0 &&
5683             RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) &&
5684             bfqq->wr_coeff != bfqd->bfq_wr_coeff)
5685                 bfqq->soft_rt_next_start =
5686                         bfq_bfqq_softrt_next_start(bfqd, bfqq);
5687
5688         /*
5689          * If this is the in-service queue, check if it needs to be expired,
5690          * or if we want to idle in case it has no pending requests.
5691          */
5692         if (bfqd->in_service_queue == bfqq) {
5693                 if (bfq_bfqq_must_idle(bfqq)) {
5694                         if (bfqq->dispatched == 0)
5695                                 bfq_arm_slice_timer(bfqd);
5696                         /*
5697                          * If we get here, we do not expire bfqq, even
5698                          * if bfqq was in budget timeout or had no
5699                          * more requests (as controlled in the next
5700                          * conditional instructions). The reason for
5701                          * not expiring bfqq is as follows.
5702                          *
5703                          * Here bfqq->dispatched > 0 holds, but
5704                          * bfq_bfqq_must_idle() returned true. This
5705                          * implies that, even if no request arrives
5706                          * for bfqq before bfqq->dispatched reaches 0,
5707                          * bfqq will, however, not be expired on the
5708                          * completion event that causes bfqq->dispatch
5709                          * to reach zero. In contrast, on this event,
5710                          * bfqq will start enjoying device idling
5711                          * (I/O-dispatch plugging).
5712                          *
5713                          * But, if we expired bfqq here, bfqq would
5714                          * not have the chance to enjoy device idling
5715                          * when bfqq->dispatched finally reaches
5716                          * zero. This would expose bfqq to violation
5717                          * of its reserved service guarantees.
5718                          */
5719                         return;
5720                 } else if (bfq_may_expire_for_budg_timeout(bfqq))
5721                         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false,
5722                                         BFQQE_BUDGET_TIMEOUT);
5723                 else if (RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) &&
5724                          (bfqq->dispatched == 0 ||
5725                           !bfq_better_to_idle(bfqq)))
5726                         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false,
5727                                         BFQQE_NO_MORE_REQUESTS);
5728         }
5729
5730         if (!bfqd->rq_in_driver)
5731                 bfq_schedule_dispatch(bfqd);
5732 }
5733
5734 static void bfq_finish_requeue_request_body(struct bfq_queue *bfqq)
5735 {
5736         bfqq->allocated--;
5737
5738         bfq_put_queue(bfqq);
5739 }
5740
5741 /*
5742  * The processes associated with bfqq may happen to generate their
5743  * cumulative I/O at a lower rate than the rate at which the device
5744  * could serve the same I/O. This is rather probable, e.g., if only
5745  * one process is associated with bfqq and the device is an SSD. It
5746  * results in bfqq becoming often empty while in service. In this
5747  * respect, if BFQ is allowed to switch to another queue when bfqq
5748  * remains empty, then the device goes on being fed with I/O requests,
5749  * and the throughput is not affected. In contrast, if BFQ is not
5750  * allowed to switch to another queue---because bfqq is sync and
5751  * I/O-dispatch needs to be plugged while bfqq is temporarily
5752  * empty---then, during the service of bfqq, there will be frequent
5753  * "service holes", i.e., time intervals during which bfqq gets empty
5754  * and the device can only consume the I/O already queued in its
5755  * hardware queues. During service holes, the device may even get to
5756  * remaining idle. In the end, during the service of bfqq, the device
5757  * is driven at a lower speed than the one it can reach with the kind
5758  * of I/O flowing through bfqq.
5759  *
5760  * To counter this loss of throughput, BFQ implements a "request
5761  * injection mechanism", which tries to fill the above service holes
5762  * with I/O requests taken from other queues. The hard part in this
5763  * mechanism is finding the right amount of I/O to inject, so as to
5764  * both boost throughput and not break bfqq's bandwidth and latency
5765  * guarantees. In this respect, the mechanism maintains a per-queue
5766  * inject limit, computed as below. While bfqq is empty, the injection
5767  * mechanism dispatches extra I/O requests only until the total number
5768  * of I/O requests in flight---i.e., already dispatched but not yet
5769  * completed---remains lower than this limit.
5770  *
5771  * A first definition comes in handy to introduce the algorithm by
5772  * which the inject limit is computed.  We define as first request for
5773  * bfqq, an I/O request for bfqq that arrives while bfqq is in
5774  * service, and causes bfqq to switch from empty to non-empty. The
5775  * algorithm updates the limit as a function of the effect of
5776  * injection on the service times of only the first requests of
5777  * bfqq. The reason for this restriction is that these are the
5778  * requests whose service time is affected most, because they are the
5779  * first to arrive after injection possibly occurred.
5780  *
5781  * To evaluate the effect of injection, the algorithm measures the
5782  * "total service time" of first requests. We define as total service
5783  * time of an I/O request, the time that elapses since when the
5784  * request is enqueued into bfqq, to when it is completed. This
5785  * quantity allows the whole effect of injection to be measured. It is
5786  * easy to see why. Suppose that some requests of other queues are
5787  * actually injected while bfqq is empty, and that a new request R
5788  * then arrives for bfqq. If the device does start to serve all or
5789  * part of the injected requests during the service hole, then,
5790  * because of this extra service, it may delay the next invocation of
5791  * the dispatch hook of BFQ. Then, even after R gets eventually
5792  * dispatched, the device may delay the actual service of R if it is
5793  * still busy serving the extra requests, or if it decides to serve,
5794  * before R, some extra request still present in its queues. As a
5795  * conclusion, the cumulative extra delay caused by injection can be
5796  * easily evaluated by just comparing the total service time of first
5797  * requests with and without injection.
5798  *
5799  * The limit-update algorithm works as follows. On the arrival of a
5800  * first request of bfqq, the algorithm measures the total time of the
5801  * request only if one of the three cases below holds, and, for each
5802  * case, it updates the limit as described below:
5803  *
5804  * (1) If there is no in-flight request. This gives a baseline for the
5805  *     total service time of the requests of bfqq. If the baseline has
5806  *     not been computed yet, then, after computing it, the limit is
5807  *     set to 1, to start boosting throughput, and to prepare the
5808  *     ground for the next case. If the baseline has already been
5809  *     computed, then it is updated, in case it results to be lower
5810  *     than the previous value.
5811  *
5812  * (2) If the limit is higher than 0 and there are in-flight
5813  *     requests. By comparing the total service time in this case with
5814  *     the above baseline, it is possible to know at which extent the
5815  *     current value of the limit is inflating the total service
5816  *     time. If the inflation is below a certain threshold, then bfqq
5817  *     is assumed to be suffering from no perceivable loss of its
5818  *     service guarantees, and the limit is even tentatively
5819  *     increased. If the inflation is above the threshold, then the
5820  *     limit is decreased. Due to the lack of any hysteresis, this
5821  *     logic makes the limit oscillate even in steady workload
5822  *     conditions. Yet we opted for it, because it is fast in reaching
5823  *     the best value for the limit, as a function of the current I/O
5824  *     workload. To reduce oscillations, this step is disabled for a
5825  *     short time interval after the limit happens to be decreased.
5826  *
5827  * (3) Periodically, after resetting the limit, to make sure that the
5828  *     limit eventually drops in case the workload changes. This is
5829  *     needed because, after the limit has gone safely up for a
5830  *     certain workload, it is impossible to guess whether the
5831  *     baseline total service time may have changed, without measuring
5832  *     it again without injection. A more effective version of this
5833  *     step might be to just sample the baseline, by interrupting
5834  *     injection only once, and then to reset/lower the limit only if
5835  *     the total service time with the current limit does happen to be
5836  *     too large.
5837  *
5838  * More details on each step are provided in the comments on the
5839  * pieces of code that implement these steps: the branch handling the
5840  * transition from empty to non empty in bfq_add_request(), the branch
5841  * handling injection in bfq_select_queue(), and the function
5842  * bfq_choose_bfqq_for_injection(). These comments also explain some
5843  * exceptions, made by the injection mechanism in some special cases.
5844  */
5845 static void bfq_update_inject_limit(struct bfq_data *bfqd,
5846                                     struct bfq_queue *bfqq)
5847 {
5848         u64 tot_time_ns = ktime_get_ns() - bfqd->last_empty_occupied_ns;
5849         unsigned int old_limit = bfqq->inject_limit;
5850
5851         if (bfqq->last_serv_time_ns > 0 && bfqd->rqs_injected) {
5852                 u64 threshold = (bfqq->last_serv_time_ns * 3)>>1;
5853
5854                 if (tot_time_ns >= threshold && old_limit > 0) {
5855                         bfqq->inject_limit--;
5856                         bfqq->decrease_time_jif = jiffies;
5857                 } else if (tot_time_ns < threshold &&
5858                            old_limit <= bfqd->max_rq_in_driver)
5859                         bfqq->inject_limit++;
5860         }
5861
5862         /*
5863          * Either we still have to compute the base value for the
5864          * total service time, and there seem to be the right
5865          * conditions to do it, or we can lower the last base value
5866          * computed.
5867          *
5868          * NOTE: (bfqd->rq_in_driver == 1) means that there is no I/O
5869          * request in flight, because this function is in the code
5870          * path that handles the completion of a request of bfqq, and,
5871          * in particular, this function is executed before
5872          * bfqd->rq_in_driver is decremented in such a code path.
5873          */
5874         if ((bfqq->last_serv_time_ns == 0 && bfqd->rq_in_driver == 1) ||
5875             tot_time_ns < bfqq->last_serv_time_ns) {
5876                 if (bfqq->last_serv_time_ns == 0) {
5877                         /*
5878                          * Now we certainly have a base value: make sure we
5879                          * start trying injection.
5880                          */
5881                         bfqq->inject_limit = max_t(unsigned int, 1, old_limit);
5882                 }
5883                 bfqq->last_serv_time_ns = tot_time_ns;
5884         } else if (!bfqd->rqs_injected && bfqd->rq_in_driver == 1)
5885                 /*
5886                  * No I/O injected and no request still in service in
5887                  * the drive: these are the exact conditions for
5888                  * computing the base value of the total service time
5889                  * for bfqq. So let's update this value, because it is
5890                  * rather variable. For example, it varies if the size
5891                  * or the spatial locality of the I/O requests in bfqq
5892                  * change.
5893                  */
5894                 bfqq->last_serv_time_ns = tot_time_ns;
5895
5896
5897         /* update complete, not waiting for any request completion any longer */
5898         bfqd->waited_rq = NULL;
5899         bfqd->rqs_injected = false;
5900 }
5901
5902 /*
5903  * Handle either a requeue or a finish for rq. The things to do are
5904  * the same in both cases: all references to rq are to be dropped. In
5905  * particular, rq is considered completed from the point of view of
5906  * the scheduler.
5907  */
5908 static void bfq_finish_requeue_request(struct request *rq)
5909 {
5910         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
5911         struct bfq_data *bfqd;
5912
5913         /*
5914          * rq either is not associated with any icq, or is an already
5915          * requeued request that has not (yet) been re-inserted into
5916          * a bfq_queue.
5917          */
5918         if (!rq->elv.icq || !bfqq)
5919                 return;
5920
5921         bfqd = bfqq->bfqd;
5922
5923         if (rq->rq_flags & RQF_STARTED)
5924                 bfqg_stats_update_completion(bfqq_group(bfqq),
5925                                              rq->start_time_ns,
5926                                              rq->io_start_time_ns,
5927                                              rq->cmd_flags);
5928
5929         if (likely(rq->rq_flags & RQF_STARTED)) {
5930                 unsigned long flags;
5931
5932                 spin_lock_irqsave(&bfqd->lock, flags);
5933
5934                 if (rq == bfqd->waited_rq)
5935                         bfq_update_inject_limit(bfqd, bfqq);
5936
5937                 bfq_completed_request(bfqq, bfqd);
5938                 bfq_finish_requeue_request_body(bfqq);
5939
5940                 spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
5941         } else {
5942                 /*
5943                  * Request rq may be still/already in the scheduler,
5944                  * in which case we need to remove it (this should
5945                  * never happen in case of requeue). And we cannot
5946                  * defer such a check and removal, to avoid
5947                  * inconsistencies in the time interval from the end
5948                  * of this function to the start of the deferred work.
5949                  * This situation seems to occur only in process
5950                  * context, as a consequence of a merge. In the
5951                  * current version of the code, this implies that the
5952                  * lock is held.
5953                  */
5954
5955                 if (!RB_EMPTY_NODE(&rq->rb_node)) {
5956                         bfq_remove_request(rq->q, rq);
5957                         bfqg_stats_update_io_remove(bfqq_group(bfqq),
5958                                                     rq->cmd_flags);
5959                 }
5960                 bfq_finish_requeue_request_body(bfqq);
5961         }
5962
5963         /*
5964          * Reset private fields. In case of a requeue, this allows
5965          * this function to correctly do nothing if it is spuriously
5966          * invoked again on this same request (see the check at the
5967          * beginning of the function). Probably, a better general
5968          * design would be to prevent blk-mq from invoking the requeue
5969          * or finish hooks of an elevator, for a request that is not
5970          * referred by that elevator.
5971          *
5972          * Resetting the following fields would break the
5973          * request-insertion logic if rq is re-inserted into a bfq
5974          * internal queue, without a re-preparation. Here we assume
5975          * that re-insertions of requeued requests, without
5976          * re-preparation, can happen only for pass_through or at_head
5977          * requests (which are not re-inserted into bfq internal
5978          * queues).
5979          */
5980         rq->elv.priv[0] = NULL;
5981         rq->elv.priv[1] = NULL;
5982 }
5983
5984 /*
5985  * Returns NULL if a new bfqq should be allocated, or the old bfqq if this
5986  * was the last process referring to that bfqq.
5987  */
5988 static struct bfq_queue *
5989 bfq_split_bfqq(struct bfq_io_cq *bic, struct bfq_queue *bfqq)
5990 {
5991         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "splitting queue");
5992
5993         if (bfqq_process_refs(bfqq) == 1) {
5994                 bfqq->pid = current->pid;
5995                 bfq_clear_bfqq_coop(bfqq);
5996                 bfq_clear_bfqq_split_coop(bfqq);
5997                 return bfqq;
5998         }
5999
6000         bic_set_bfqq(bic, NULL, 1);
6001
6002         bfq_put_cooperator(bfqq);
6003
6004         bfq_release_process_ref(bfqq->bfqd, bfqq);
6005         return NULL;
6006 }
6007
6008 static struct bfq_queue *bfq_get_bfqq_handle_split(struct bfq_data *bfqd,
6009                                                    struct bfq_io_cq *bic,
6010                                                    struct bio *bio,
6011                                                    bool split, bool is_sync,
6012                                                    bool *new_queue)
6013 {
6014         struct bfq_queue *bfqq = bic_to_bfqq(bic, is_sync);
6015
6016         if (likely(bfqq && bfqq != &bfqd->oom_bfqq))
6017                 return bfqq;
6018
6019         if (new_queue)
6020                 *new_queue = true;
6021
6022         if (bfqq)
6023                 bfq_put_queue(bfqq);
6024         bfqq = bfq_get_queue(bfqd, bio, is_sync, bic);
6025
6026         bic_set_bfqq(bic, bfqq, is_sync);
6027         if (split && is_sync) {
6028                 if ((bic->was_in_burst_list && bfqd->large_burst) ||
6029                     bic->saved_in_large_burst)
6030                         bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq);
6031                 else {
6032                         bfq_clear_bfqq_in_large_burst(bfqq);
6033                         if (bic->was_in_burst_list)
6034                                 /*
6035                                  * If bfqq was in the current
6036                                  * burst list before being
6037                                  * merged, then we have to add
6038                                  * it back. And we do not need
6039                                  * to increase burst_size, as
6040                                  * we did not decrement
6041                                  * burst_size when we removed
6042                                  * bfqq from the burst list as
6043                                  * a consequence of a merge
6044                                  * (see comments in
6045                                  * bfq_put_queue). In this
6046                                  * respect, it would be rather
6047                                  * costly to know whether the
6048                                  * current burst list is still
6049                                  * the same burst list from
6050                                  * which bfqq was removed on
6051                                  * the merge. To avoid this
6052                                  * cost, if bfqq was in a
6053                                  * burst list, then we add
6054                                  * bfqq to the current burst
6055                                  * list without any further
6056                                  * check. This can cause
6057                                  * inappropriate insertions,
6058                                  * but rarely enough to not
6059                                  * harm the detection of large
6060                                  * bursts significantly.
6061                                  */
6062                                 hlist_add_head(&bfqq->burst_list_node,
6063                                                &bfqd->burst_list);
6064                 }
6065                 bfqq->split_time = jiffies;
6066         }
6067
6068         return bfqq;
6069 }
6070
6071 /*
6072  * Only reset private fields. The actual request preparation will be
6073  * performed by bfq_init_rq, when rq is either inserted or merged. See
6074  * comments on bfq_init_rq for the reason behind this delayed
6075  * preparation.
6076  */
6077 static void bfq_prepare_request(struct request *rq, struct bio *bio)
6078 {
6079         /*
6080          * Regardless of whether we have an icq attached, we have to
6081          * clear the scheduler pointers, as they might point to
6082          * previously allocated bic/bfqq structs.
6083          */
6084         rq->elv.priv[0] = rq->elv.priv[1] = NULL;
6085 }
6086
6087 /*
6088  * If needed, init rq, allocate bfq data structures associated with
6089  * rq, and increment reference counters in the destination bfq_queue
6090  * for rq. Return the destination bfq_queue for rq, or NULL is rq is
6091  * not associated with any bfq_queue.
6092  *
6093  * This function is invoked by the functions that perform rq insertion
6094  * or merging. One may have expected the above preparation operations
6095  * to be performed in bfq_prepare_request, and not delayed to when rq
6096  * is inserted or merged. The rationale behind this delayed
6097  * preparation is that, after the prepare_request hook is invoked for
6098  * rq, rq may still be transformed into a request with no icq, i.e., a
6099  * request not associated with any queue. No bfq hook is invoked to
6100  * signal this transformation. As a consequence, should these
6101  * preparation operations be performed when the prepare_request hook
6102  * is invoked, and should rq be transformed one moment later, bfq
6103  * would end up in an inconsistent state, because it would have
6104  * incremented some queue counters for an rq destined to
6105  * transformation, without any chance to correctly lower these
6106  * counters back. In contrast, no transformation can still happen for
6107  * rq after rq has been inserted or merged. So, it is safe to execute
6108  * these preparation operations when rq is finally inserted or merged.
6109  */
6110 static struct bfq_queue *bfq_init_rq(struct request *rq)
6111 {
6112         struct request_queue *q = rq->q;
6113         struct bio *bio = rq->bio;
6114         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
6115         struct bfq_io_cq *bic;
6116         const int is_sync = rq_is_sync(rq);
6117         struct bfq_queue *bfqq;
6118         bool new_queue = false;
6119         bool bfqq_already_existing = false, split = false;
6120
6121         if (unlikely(!rq->elv.icq))
6122                 return NULL;
6123
6124         /*
6125          * Assuming that elv.priv[1] is set only if everything is set
6126          * for this rq. This holds true, because this function is
6127          * invoked only for insertion or merging, and, after such
6128          * events, a request cannot be manipulated any longer before
6129          * being removed from bfq.
6130          */
6131         if (rq->elv.priv[1])
6132                 return rq->elv.priv[1];
6133
6134         bic = icq_to_bic(rq->elv.icq);
6135
6136         bfq_check_ioprio_change(bic, bio);
6137
6138         bfq_bic_update_cgroup(bic, bio);
6139
6140         bfqq = bfq_get_bfqq_handle_split(bfqd, bic, bio, false, is_sync,
6141                                          &new_queue);
6142
6143         if (likely(!new_queue)) {
6144                 /* If the queue was seeky for too long, break it apart. */
6145                 if (bfq_bfqq_coop(bfqq) && bfq_bfqq_split_coop(bfqq)) {
6146                         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "breaking apart bfqq");
6147
6148                         /* Update bic before losing reference to bfqq */
6149                         if (bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq))
6150                                 bic->saved_in_large_burst = true;
6151
6152                         bfqq = bfq_split_bfqq(bic, bfqq);
6153                         split = true;
6154
6155                         if (!bfqq)
6156                                 bfqq = bfq_get_bfqq_handle_split(bfqd, bic, bio,
6157                                                                  true, is_sync,
6158                                                                  NULL);
6159                         else
6160                                 bfqq_already_existing = true;
6161                 }
6162         }
6163
6164         bfqq->allocated++;
6165         bfqq->ref++;
6166         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "get_request %p: bfqq %p, %d",
6167                      rq, bfqq, bfqq->ref);
6168
6169         rq->elv.priv[0] = bic;
6170         rq->elv.priv[1] = bfqq;
6171
6172         /*
6173          * If a bfq_queue has only one process reference, it is owned
6174          * by only this bic: we can then set bfqq->bic = bic. in
6175          * addition, if the queue has also just been split, we have to
6176          * resume its state.
6177          */
6178         if (likely(bfqq != &bfqd->oom_bfqq) && bfqq_process_refs(bfqq) == 1) {
6179                 bfqq->bic = bic;
6180                 if (split) {
6181                         /*
6182                          * The queue has just been split from a shared
6183                          * queue: restore the idle window and the
6184                          * possible weight raising period.
6185                          */
6186                         bfq_bfqq_resume_state(bfqq, bfqd, bic,
6187                                               bfqq_already_existing);
6188                 }
6189         }
6190
6191         /*
6192          * Consider bfqq as possibly belonging to a burst of newly
6193          * created queues only if:
6194          * 1) A burst is actually happening (bfqd->burst_size > 0)
6195          * or
6196          * 2) There is no other active queue. In fact, if, in
6197          *    contrast, there are active queues not belonging to the
6198          *    possible burst bfqq may belong to, then there is no gain
6199          *    in considering bfqq as belonging to a burst, and
6200          *    therefore in not weight-raising bfqq. See comments on
6201          *    bfq_handle_burst().
6202          *
6203          * This filtering also helps eliminating false positives,
6204          * occurring when bfqq does not belong to an actual large
6205          * burst, but some background task (e.g., a service) happens
6206          * to trigger the creation of new queues very close to when
6207          * bfqq and its possible companion queues are created. See
6208          * comments on bfq_handle_burst() for further details also on
6209          * this issue.
6210          */
6211         if (unlikely(bfq_bfqq_just_created(bfqq) &&
6212                      (bfqd->burst_size > 0 ||
6213                       bfq_tot_busy_queues(bfqd) == 0)))
6214                 bfq_handle_burst(bfqd, bfqq);
6215
6216         return bfqq;
6217 }
6218
6219 static void
6220 bfq_idle_slice_timer_body(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
6221 {
6222         enum bfqq_expiration reason;
6223         unsigned long flags;
6224
6225         spin_lock_irqsave(&bfqd->lock, flags);
6226
6227         /*
6228          * Considering that bfqq may be in race, we should firstly check
6229          * whether bfqq is in service before doing something on it. If
6230          * the bfqq in race is not in service, it has already been expired
6231          * through __bfq_bfqq_expire func and its wait_request flags has
6232          * been cleared in __bfq_bfqd_reset_in_service func.
6233          */
6234         if (bfqq != bfqd->in_service_queue) {
6235                 spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
6236                 return;
6237         }
6238
6239         bfq_clear_bfqq_wait_request(bfqq);
6240
6241         if (bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq))
6242                 /*
6243                  * Also here the queue can be safely expired
6244                  * for budget timeout without wasting
6245                  * guarantees
6246                  */
6247                 reason = BFQQE_BUDGET_TIMEOUT;
6248         else if (bfqq->queued[0] == 0 && bfqq->queued[1] == 0)
6249                 /*
6250                  * The queue may not be empty upon timer expiration,
6251                  * because we may not disable the timer when the
6252                  * first request of the in-service queue arrives
6253                  * during disk idling.
6254                  */
6255                 reason = BFQQE_TOO_IDLE;
6256         else
6257                 goto schedule_dispatch;
6258
6259         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, true, reason);
6260
6261 schedule_dispatch:
6262         bfq_schedule_dispatch(bfqd);
6263         spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
6264 }
6265
6266 /*
6267  * Handler of the expiration of the timer running if the in-service queue
6268  * is idling inside its time slice.
6269  */
6270 static enum hrtimer_restart bfq_idle_slice_timer(struct hrtimer *timer)
6271 {
6272         struct bfq_data *bfqd = container_of(timer, struct bfq_data,
6273                                              idle_slice_timer);
6274         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->in_service_queue;
6275
6276         /*
6277          * Theoretical race here: the in-service queue can be NULL or
6278          * different from the queue that was idling if a new request
6279          * arrives for the current queue and there is a full dispatch
6280          * cycle that changes the in-service queue.  This can hardly
6281          * happen, but in the worst case we just expire a queue too
6282          * early.
6283          */
6284         if (bfqq)
6285                 bfq_idle_slice_timer_body(bfqd, bfqq);
6286
6287         return HRTIMER_NORESTART;
6288 }
6289
6290 static void __bfq_put_async_bfqq(struct bfq_data *bfqd,
6291                                  struct bfq_queue **bfqq_ptr)
6292 {
6293         struct bfq_queue *bfqq = *bfqq_ptr;
6294
6295         bfq_log(bfqd, "put_async_bfqq: %p", bfqq);
6296         if (bfqq) {
6297                 bfq_bfqq_move(bfqd, bfqq, bfqd->root_group);
6298
6299                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "put_async_bfqq: putting %p, %d",
6300                              bfqq, bfqq->ref);
6301                 bfq_put_queue(bfqq);
6302                 *bfqq_ptr = NULL;
6303         }
6304 }
6305
6306 /*
6307  * Release all the bfqg references to its async queues.  If we are
6308  * deallocating the group these queues may still contain requests, so
6309  * we reparent them to the root cgroup (i.e., the only one that will
6310  * exist for sure until all the requests on a device are gone).
6311  */
6312 void bfq_put_async_queues(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_group *bfqg)
6313 {
6314         int i, j;
6315
6316         for (i = 0; i < 2; i++)
6317                 for (j = 0; j < IOPRIO_BE_NR; j++)
6318                         __bfq_put_async_bfqq(bfqd, &bfqg->async_bfqq[i][j]);
6319
6320         __bfq_put_async_bfqq(bfqd, &bfqg->async_idle_bfqq);
6321 }
6322
6323 /*
6324  * See the comments on bfq_limit_depth for the purpose of
6325  * the depths set in the function. Return minimum shallow depth we'll use.
6326  */
6327 static unsigned int bfq_update_depths(struct bfq_data *bfqd,
6328                                       struct sbitmap_queue *bt)
6329 {
6330         unsigned int i, j, min_shallow = UINT_MAX;
6331
6332         /*
6333          * In-word depths if no bfq_queue is being weight-raised:
6334          * leaving 25% of tags only for sync reads.
6335          *
6336          * In next formulas, right-shift the value
6337          * (1U<<bt->sb.shift), instead of computing directly
6338          * (1U<<(bt->sb.shift - something)), to be robust against
6339          * any possible value of bt->sb.shift, without having to
6340          * limit 'something'.
6341          */
6342         /* no more than 50% of tags for async I/O */
6343         bfqd->word_depths[0][0] = max((1U << bt->sb.shift) >> 1, 1U);
6344         /*
6345          * no more than 75% of tags for sync writes (25% extra tags
6346          * w.r.t. async I/O, to prevent async I/O from starving sync
6347          * writes)
6348          */
6349         bfqd->word_depths[0][1] = max(((1U << bt->sb.shift) * 3) >> 2, 1U);
6350
6351         /*
6352          * In-word depths in case some bfq_queue is being weight-
6353          * raised: leaving ~63% of tags for sync reads. This is the
6354          * highest percentage for which, in our tests, application
6355          * start-up times didn't suffer from any regression due to tag
6356          * shortage.
6357          */
6358         /* no more than ~18% of tags for async I/O */
6359         bfqd->word_depths[1][0] = max(((1U << bt->sb.shift) * 3) >> 4, 1U);
6360         /* no more than ~37% of tags for sync writes (~20% extra tags) */
6361         bfqd->word_depths[1][1] = max(((1U << bt->sb.shift) * 6) >> 4, 1U);
6362
6363         for (i = 0; i < 2; i++)
6364                 for (j = 0; j < 2; j++)
6365                         min_shallow = min(min_shallow, bfqd->word_depths[i][j]);
6366
6367         return min_shallow;
6368 }
6369
6370 static void bfq_depth_updated(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
6371 {
6372         struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
6373         struct blk_mq_tags *tags = hctx->sched_tags;
6374         unsigned int min_shallow;
6375
6376         min_shallow = bfq_update_depths(bfqd, &tags->bitmap_tags);
6377         sbitmap_queue_min_shallow_depth(&tags->bitmap_tags, min_shallow);
6378 }
6379
6380 static int bfq_init_hctx(struct blk_mq_hw_ctx *hctx, unsigned int index)
6381 {
6382         bfq_depth_updated(hctx);
6383         return 0;
6384 }
6385
6386 static void bfq_exit_queue(struct elevator_queue *e)
6387 {
6388         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
6389         struct bfq_queue *bfqq, *n;
6390
6391         hrtimer_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
6392
6393         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
6394         list_for_each_entry_safe(bfqq, n, &bfqd->idle_list, bfqq_list)
6395                 bfq_deactivate_bfqq(bfqd, bfqq, false, false);
6396         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
6397
6398         hrtimer_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
6399
6400         /* release oom-queue reference to root group */
6401         bfqg_and_blkg_put(bfqd->root_group);
6402
6403 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
6404         blkcg_deactivate_policy(bfqd->queue, &blkcg_policy_bfq);
6405 #else
6406         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
6407         bfq_put_async_queues(bfqd, bfqd->root_group);
6408         kfree(bfqd->root_group);
6409         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
6410 #endif
6411
6412         wbt_enable_default(bfqd->queue);
6413
6414         kfree(bfqd);
6415 }
6416
6417 static void bfq_init_root_group(struct bfq_group *root_group,
6418                                 struct bfq_data *bfqd)
6419 {
6420         int i;
6421
6422 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
6423         root_group->entity.parent = NULL;
6424         root_group->my_entity = NULL;
6425         root_group->bfqd = bfqd;
6426 #endif
6427         root_group->rq_pos_tree = RB_ROOT;
6428         for (i = 0; i < BFQ_IOPRIO_CLASSES; i++)
6429                 root_group->sched_data.service_tree[i] = BFQ_SERVICE_TREE_INIT;
6430         root_group->sched_data.bfq_class_idle_last_service = jiffies;
6431 }
6432
6433 static int bfq_init_queue(struct request_queue *q, struct elevator_type *e)
6434 {
6435         struct bfq_data *bfqd;
6436         struct elevator_queue *eq;
6437
6438         eq = elevator_alloc(q, e);
6439         if (!eq)
6440                 return -ENOMEM;
6441
6442         bfqd = kzalloc_node(sizeof(*bfqd), GFP_KERNEL, q->node);
6443         if (!bfqd) {
6444                 kobject_put(&eq->kobj);
6445                 return -ENOMEM;
6446         }
6447         eq->elevator_data = bfqd;
6448
6449         spin_lock_irq(&q->queue_lock);
6450         q->elevator = eq;
6451         spin_unlock_irq(&q->queue_lock);
6452
6453         /*
6454          * Our fallback bfqq if bfq_find_alloc_queue() runs into OOM issues.
6455          * Grab a permanent reference to it, so that the normal code flow
6456          * will not attempt to free it.
6457          */
6458         bfq_init_bfqq(bfqd, &bfqd->oom_bfqq, NULL, 1, 0);
6459         bfqd->oom_bfqq.ref++;
6460         bfqd->oom_bfqq.new_ioprio = BFQ_DEFAULT_QUEUE_IOPRIO;
6461         bfqd->oom_bfqq.new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_BE;
6462         bfqd->oom_bfqq.entity.new_weight =
6463                 bfq_ioprio_to_weight(bfqd->oom_bfqq.new_ioprio);
6464
6465         /* oom_bfqq does not participate to bursts */
6466         bfq_clear_bfqq_just_created(&bfqd->oom_bfqq);
6467
6468         /*
6469          * Trigger weight initialization, according to ioprio, at the
6470          * oom_bfqq's first activation. The oom_bfqq's ioprio and ioprio
6471          * class won't be changed any more.
6472          */
6473         bfqd->oom_bfqq.entity.prio_changed = 1;
6474
6475         bfqd->queue = q;
6476
6477         INIT_LIST_HEAD(&bfqd->dispatch);
6478
6479         hrtimer_init(&bfqd->idle_slice_timer, CLOCK_MONOTONIC,
6480                      HRTIMER_MODE_REL);
6481         bfqd->idle_slice_timer.function = bfq_idle_slice_timer;
6482
6483         bfqd->queue_weights_tree = RB_ROOT_CACHED;
6484         bfqd->num_groups_with_pending_reqs = 0;
6485
6486         INIT_LIST_HEAD(&bfqd->active_list);
6487         INIT_LIST_HEAD(&bfqd->idle_list);
6488         INIT_HLIST_HEAD(&bfqd->burst_list);
6489
6490         bfqd->hw_tag = -1;
6491         bfqd->nonrot_with_queueing = blk_queue_nonrot(bfqd->queue);
6492
6493         bfqd->bfq_max_budget = bfq_default_max_budget;
6494
6495         bfqd->bfq_fifo_expire[0] = bfq_fifo_expire[0];
6496         bfqd->bfq_fifo_expire[1] = bfq_fifo_expire[1];
6497         bfqd->bfq_back_max = bfq_back_max;
6498         bfqd->bfq_back_penalty = bfq_back_penalty;
6499         bfqd->bfq_slice_idle = bfq_slice_idle;
6500         bfqd->bfq_timeout = bfq_timeout;
6501
6502         bfqd->bfq_requests_within_timer = 120;
6503
6504         bfqd->bfq_large_burst_thresh = 8;
6505         bfqd->bfq_burst_interval = msecs_to_jiffies(180);
6506
6507         bfqd->low_latency = true;
6508
6509         /*
6510          * Trade-off between responsiveness and fairness.
6511          */
6512         bfqd->bfq_wr_coeff = 30;
6513         bfqd->bfq_wr_rt_max_time = msecs_to_jiffies(300);
6514         bfqd->bfq_wr_max_time = 0;
6515         bfqd->bfq_wr_min_idle_time = msecs_to_jiffies(2000);
6516         bfqd->bfq_wr_min_inter_arr_async = msecs_to_jiffies(500);
6517         bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate = 7000; /*
6518                                               * Approximate rate required
6519                                               * to playback or record a
6520                                               * high-definition compressed
6521                                               * video.
6522                                               */
6523         bfqd->wr_busy_queues = 0;
6524
6525         /*
6526          * Begin by assuming, optimistically, that the device peak
6527          * rate is equal to 2/3 of the highest reference rate.
6528          */
6529         bfqd->rate_dur_prod = ref_rate[blk_queue_nonrot(bfqd->queue)] *
6530                 ref_wr_duration[blk_queue_nonrot(bfqd->queue)];
6531         bfqd->peak_rate = ref_rate[blk_queue_nonrot(bfqd->queue)] * 2 / 3;
6532
6533         spin_lock_init(&bfqd->lock);
6534
6535         /*
6536          * The invocation of the next bfq_create_group_hierarchy
6537          * function is the head of a chain of function calls
6538          * (bfq_create_group_hierarchy->blkcg_activate_policy->
6539          * blk_mq_freeze_queue) that may lead to the invocation of the
6540          * has_work hook function. For this reason,
6541          * bfq_create_group_hierarchy is invoked only after all
6542          * scheduler data has been initialized, apart from the fields
6543          * that can be initialized only after invoking
6544          * bfq_create_group_hierarchy. This, in particular, enables
6545          * has_work to correctly return false. Of course, to avoid
6546          * other inconsistencies, the blk-mq stack must then refrain
6547          * from invoking further scheduler hooks before this init
6548          * function is finished.
6549          */
6550         bfqd->root_group = bfq_create_group_hierarchy(bfqd, q->node);
6551         if (!bfqd->root_group)
6552                 goto out_free;
6553         bfq_init_root_group(bfqd->root_group, bfqd);
6554         bfq_init_entity(&bfqd->oom_bfqq.entity, bfqd->root_group);
6555
6556         wbt_disable_default(q);
6557         return 0;
6558
6559 out_free:
6560         kfree(bfqd);
6561         kobject_put(&eq->kobj);
6562         return -ENOMEM;
6563 }
6564
6565 static void bfq_slab_kill(void)
6566 {
6567         kmem_cache_destroy(bfq_pool);
6568 }
6569
6570 static int __init bfq_slab_setup(void)
6571 {
6572         bfq_pool = KMEM_CACHE(bfq_queue, 0);
6573         if (!bfq_pool)
6574                 return -ENOMEM;
6575         return 0;
6576 }
6577
6578 static ssize_t bfq_var_show(unsigned int var, char *page)
6579 {
6580         return sprintf(page, "%u\n", var);
6581 }
6582
6583 static int bfq_var_store(unsigned long *var, const char *page)
6584 {
6585         unsigned long new_val;
6586         int ret = kstrtoul(page, 10, &new_val);
6587
6588         if (ret)
6589                 return ret;
6590         *var = new_val;
6591         return 0;
6592 }
6593
6594 #define SHOW_FUNCTION(__FUNC, __VAR, __CONV)                            \
6595 static ssize_t __FUNC(struct elevator_queue *e, char *page)             \
6596 {                                                                       \
6597         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
6598         u64 __data = __VAR;                                             \
6599         if (__CONV == 1)                                                \
6600                 __data = jiffies_to_msecs(__data);                      \
6601         else if (__CONV == 2)                                           \
6602                 __data = div_u64(__data, NSEC_PER_MSEC);                \
6603         return bfq_var_show(__data, (page));                            \
6604 }
6605 SHOW_FUNCTION(bfq_fifo_expire_sync_show, bfqd->bfq_fifo_expire[1], 2);
6606 SHOW_FUNCTION(bfq_fifo_expire_async_show, bfqd->bfq_fifo_expire[0], 2);
6607 SHOW_FUNCTION(bfq_back_seek_max_show, bfqd->bfq_back_max, 0);
6608 SHOW_FUNCTION(bfq_back_seek_penalty_show, bfqd->bfq_back_penalty, 0);
6609 SHOW_FUNCTION(bfq_slice_idle_show, bfqd->bfq_slice_idle, 2);
6610 SHOW_FUNCTION(bfq_max_budget_show, bfqd->bfq_user_max_budget, 0);
6611 SHOW_FUNCTION(bfq_timeout_sync_show, bfqd->bfq_timeout, 1);
6612 SHOW_FUNCTION(bfq_strict_guarantees_show, bfqd->strict_guarantees, 0);
6613 SHOW_FUNCTION(bfq_low_latency_show, bfqd->low_latency, 0);
6614 #undef SHOW_FUNCTION
6615
6616 #define USEC_SHOW_FUNCTION(__FUNC, __VAR)                               \
6617 static ssize_t __FUNC(struct elevator_queue *e, char *page)             \
6618 {                                                                       \
6619         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
6620         u64 __data = __VAR;                                             \
6621         __data = div_u64(__data, NSEC_PER_USEC);                        \
6622         return bfq_var_show(__data, (page));                            \
6623 }
6624 USEC_SHOW_FUNCTION(bfq_slice_idle_us_show, bfqd->bfq_slice_idle);
6625 #undef USEC_SHOW_FUNCTION
6626
6627 #define STORE_FUNCTION(__FUNC, __PTR, MIN, MAX, __CONV)                 \
6628 static ssize_t                                                          \
6629 __FUNC(struct elevator_queue *e, const char *page, size_t count)        \
6630 {                                                                       \
6631         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
6632         unsigned long __data, __min = (MIN), __max = (MAX);             \
6633         int ret;                                                        \
6634                                                                         \
6635         ret = bfq_var_store(&__data, (page));                           \
6636         if (ret)                                                        \
6637                 return ret;                                             \
6638         if (__data < __min)                                             \
6639                 __data = __min;                                         \
6640         else if (__data > __max)                                        \
6641                 __data = __max;                                         \
6642         if (__CONV == 1)                                                \
6643                 *(__PTR) = msecs_to_jiffies(__data);                    \
6644         else if (__CONV == 2)                                           \
6645                 *(__PTR) = (u64)__data * NSEC_PER_MSEC;                 \
6646         else                                                            \
6647                 *(__PTR) = __data;                                      \
6648         return count;                                                   \
6649 }
6650 STORE_FUNCTION(bfq_fifo_expire_sync_store, &bfqd->bfq_fifo_expire[1], 1,
6651                 INT_MAX, 2);
6652 STORE_FUNCTION(bfq_fifo_expire_async_store, &bfqd->bfq_fifo_expire[0], 1,
6653                 INT_MAX, 2);
6654 STORE_FUNCTION(bfq_back_seek_max_store, &bfqd->bfq_back_max, 0, INT_MAX, 0);
6655 STORE_FUNCTION(bfq_back_seek_penalty_store, &bfqd->bfq_back_penalty, 1,
6656                 INT_MAX, 0);
6657 STORE_FUNCTION(bfq_slice_idle_store, &bfqd->bfq_slice_idle, 0, INT_MAX, 2);
6658 #undef STORE_FUNCTION
6659
6660 #define USEC_STORE_FUNCTION(__FUNC, __PTR, MIN, MAX)                    \
6661 static ssize_t __FUNC(struct elevator_queue *e, const char *page, size_t count)\
6662 {                                                                       \
6663         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
6664         unsigned long __data, __min = (MIN), __max = (MAX);             \
6665         int ret;                                                        \
6666                                                                         \
6667         ret = bfq_var_store(&__data, (page));                           \
6668         if (ret)                                                        \
6669                 return ret;                                             \
6670         if (__data < __min)                                             \
6671                 __data = __min;                                         \
6672         else if (__data > __max)                                        \
6673                 __data = __max;                                         \
6674         *(__PTR) = (u64)__data * NSEC_PER_USEC;                         \
6675         return count;                                                   \
6676 }
6677 USEC_STORE_FUNCTION(bfq_slice_idle_us_store, &bfqd->bfq_slice_idle, 0,
6678                     UINT_MAX);
6679 #undef USEC_STORE_FUNCTION
6680
6681 static ssize_t bfq_max_budget_store(struct elevator_queue *e,
6682                                     const char *page, size_t count)
6683 {
6684         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
6685         unsigned long __data;
6686         int ret;
6687
6688         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
6689         if (ret)
6690                 return ret;
6691
6692         if (__data == 0)
6693                 bfqd->bfq_max_budget = bfq_calc_max_budget(bfqd);
6694         else {
6695                 if (__data > INT_MAX)
6696                         __data = INT_MAX;
6697                 bfqd->bfq_max_budget = __data;
6698         }
6699
6700         bfqd->bfq_user_max_budget = __data;
6701
6702         return count;
6703 }
6704
6705 /*
6706  * Leaving this name to preserve name compatibility with cfq
6707  * parameters, but this timeout is used for both sync and async.
6708  */
6709 static ssize_t bfq_timeout_sync_store(struct elevator_queue *e,
6710                                       const char *page, size_t count)
6711 {
6712         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
6713         unsigned long __data;
6714         int ret;
6715
6716         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
6717         if (ret)
6718                 return ret;
6719
6720         if (__data < 1)
6721                 __data = 1;
6722         else if (__data > INT_MAX)
6723                 __data = INT_MAX;
6724
6725         bfqd->bfq_timeout = msecs_to_jiffies(__data);
6726         if (bfqd->bfq_user_max_budget == 0)
6727                 bfqd->bfq_max_budget = bfq_calc_max_budget(bfqd);
6728
6729         return count;
6730 }
6731
6732 static ssize_t bfq_strict_guarantees_store(struct elevator_queue *e,
6733                                      const char *page, size_t count)
6734 {
6735         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
6736         unsigned long __data;
6737         int ret;
6738
6739         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
6740         if (ret)
6741                 return ret;
6742
6743         if (__data > 1)
6744                 __data = 1;
6745         if (!bfqd->strict_guarantees && __data == 1
6746             && bfqd->bfq_slice_idle < 8 * NSEC_PER_MSEC)
6747                 bfqd->bfq_slice_idle = 8 * NSEC_PER_MSEC;
6748
6749         bfqd->strict_guarantees = __data;
6750
6751         return count;
6752 }
6753
6754 static ssize_t bfq_low_latency_store(struct elevator_queue *e,
6755                                      const char *page, size_t count)
6756 {
6757         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
6758         unsigned long __data;
6759         int ret;
6760
6761         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
6762         if (ret)
6763                 return ret;
6764
6765         if (__data > 1)
6766                 __data = 1;
6767         if (__data == 0 && bfqd->low_latency != 0)
6768                 bfq_end_wr(bfqd);
6769         bfqd->low_latency = __data;
6770
6771         return count;
6772 }
6773
6774 #define BFQ_ATTR(name) \
6775         __ATTR(name, 0644, bfq_##name##_show, bfq_##name##_store)
6776
6777 static struct elv_fs_entry bfq_attrs[] = {
6778         BFQ_ATTR(fifo_expire_sync),
6779         BFQ_ATTR(fifo_expire_async),
6780         BFQ_ATTR(back_seek_max),
6781         BFQ_ATTR(back_seek_penalty),
6782         BFQ_ATTR(slice_idle),
6783         BFQ_ATTR(slice_idle_us),
6784         BFQ_ATTR(max_budget),
6785         BFQ_ATTR(timeout_sync),
6786         BFQ_ATTR(strict_guarantees),
6787         BFQ_ATTR(low_latency),
6788         __ATTR_NULL
6789 };
6790
6791 static struct elevator_type iosched_bfq_mq = {
6792         .ops = {
6793                 .limit_depth            = bfq_limit_depth,
6794                 .prepare_request        = bfq_prepare_request,
6795                 .requeue_request        = bfq_finish_requeue_request,
6796                 .finish_request         = bfq_finish_requeue_request,
6797                 .exit_icq               = bfq_exit_icq,
6798                 .insert_requests        = bfq_insert_requests,
6799                 .dispatch_request       = bfq_dispatch_request,
6800                 .next_request           = elv_rb_latter_request,
6801                 .former_request         = elv_rb_former_request,
6802                 .allow_merge            = bfq_allow_bio_merge,
6803                 .bio_merge              = bfq_bio_merge,
6804                 .request_merge          = bfq_request_merge,
6805                 .requests_merged        = bfq_requests_merged,
6806                 .request_merged         = bfq_request_merged,
6807                 .has_work               = bfq_has_work,
6808                 .depth_updated          = bfq_depth_updated,
6809                 .init_hctx              = bfq_init_hctx,
6810                 .init_sched             = bfq_init_queue,
6811                 .exit_sched             = bfq_exit_queue,
6812         },
6813
6814         .icq_size =             sizeof(struct bfq_io_cq),
6815         .icq_align =            __alignof__(struct bfq_io_cq),
6816         .elevator_attrs =       bfq_attrs,
6817         .elevator_name =        "bfq",
6818         .elevator_owner =       THIS_MODULE,
6819 };
6820 MODULE_ALIAS("bfq-iosched");
6821
6822 static int __init bfq_init(void)
6823 {
6824         int ret;
6825
6826 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
6827         ret = blkcg_policy_register(&blkcg_policy_bfq);
6828         if (ret)
6829                 return ret;
6830 #endif
6831
6832         ret = -ENOMEM;
6833         if (bfq_slab_setup())
6834                 goto err_pol_unreg;
6835
6836         /*
6837          * Times to load large popular applications for the typical
6838          * systems installed on the reference devices (see the
6839          * comments before the definition of the next
6840          * array). Actually, we use slightly lower values, as the
6841          * estimated peak rate tends to be smaller than the actual
6842          * peak rate.  The reason for this last fact is that estimates
6843          * are computed over much shorter time intervals than the long
6844          * intervals typically used for benchmarking. Why? First, to
6845          * adapt more quickly to variations. Second, because an I/O
6846          * scheduler cannot rely on a peak-rate-evaluation workload to
6847          * be run for a long time.
6848          */
6849         ref_wr_duration[0] = msecs_to_jiffies(7000); /* actually 8 sec */
6850         ref_wr_duration[1] = msecs_to_jiffies(2500); /* actually 3 sec */
6851
6852         ret = elv_register(&iosched_bfq_mq);
6853         if (ret)
6854                 goto slab_kill;
6855
6856         return 0;
6857
6858 slab_kill:
6859         bfq_slab_kill();
6860 err_pol_unreg:
6861 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
6862         blkcg_policy_unregister(&blkcg_policy_bfq);
6863 #endif
6864         return ret;
6865 }
6866
6867 static void __exit bfq_exit(void)
6868 {
6869         elv_unregister(&iosched_bfq_mq);
6870 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
6871         blkcg_policy_unregister(&blkcg_policy_bfq);
6872 #endif
6873         bfq_slab_kill();
6874 }
6875
6876 module_init(bfq_init);
6877 module_exit(bfq_exit);
6878
6879 MODULE_AUTHOR("Paolo Valente");
6880 MODULE_LICENSE("GPL");
6881 MODULE_DESCRIPTION("MQ Budget Fair Queueing I/O Scheduler");