GNU Linux-libre 4.14.313-gnu1
[releases.git] / block / bfq-iosched.c
1 /*
2  * Budget Fair Queueing (BFQ) I/O scheduler.
3  *
4  * Based on ideas and code from CFQ:
5  * Copyright (C) 2003 Jens Axboe <axboe@kernel.dk>
6  *
7  * Copyright (C) 2008 Fabio Checconi <fabio@gandalf.sssup.it>
8  *                    Paolo Valente <paolo.valente@unimore.it>
9  *
10  * Copyright (C) 2010 Paolo Valente <paolo.valente@unimore.it>
11  *                    Arianna Avanzini <avanzini@google.com>
12  *
13  * Copyright (C) 2017 Paolo Valente <paolo.valente@linaro.org>
14  *
15  *  This program is free software; you can redistribute it and/or
16  *  modify it under the terms of the GNU General Public License as
17  *  published by the Free Software Foundation; either version 2 of the
18  *  License, or (at your option) any later version.
19  *
20  *  This program is distributed in the hope that it will be useful,
21  *  but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
22  *  MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
23  *  General Public License for more details.
24  *
25  * BFQ is a proportional-share I/O scheduler, with some extra
26  * low-latency capabilities. BFQ also supports full hierarchical
27  * scheduling through cgroups. Next paragraphs provide an introduction
28  * on BFQ inner workings. Details on BFQ benefits, usage and
29  * limitations can be found in Documentation/block/bfq-iosched.txt.
30  *
31  * BFQ is a proportional-share storage-I/O scheduling algorithm based
32  * on the slice-by-slice service scheme of CFQ. But BFQ assigns
33  * budgets, measured in number of sectors, to processes instead of
34  * time slices. The device is not granted to the in-service process
35  * for a given time slice, but until it has exhausted its assigned
36  * budget. This change from the time to the service domain enables BFQ
37  * to distribute the device throughput among processes as desired,
38  * without any distortion due to throughput fluctuations, or to device
39  * internal queueing. BFQ uses an ad hoc internal scheduler, called
40  * B-WF2Q+, to schedule processes according to their budgets. More
41  * precisely, BFQ schedules queues associated with processes. Each
42  * process/queue is assigned a user-configurable weight, and B-WF2Q+
43  * guarantees that each queue receives a fraction of the throughput
44  * proportional to its weight. Thanks to the accurate policy of
45  * B-WF2Q+, BFQ can afford to assign high budgets to I/O-bound
46  * processes issuing sequential requests (to boost the throughput),
47  * and yet guarantee a low latency to interactive and soft real-time
48  * applications.
49  *
50  * In particular, to provide these low-latency guarantees, BFQ
51  * explicitly privileges the I/O of two classes of time-sensitive
52  * applications: interactive and soft real-time. This feature enables
53  * BFQ to provide applications in these classes with a very low
54  * latency. Finally, BFQ also features additional heuristics for
55  * preserving both a low latency and a high throughput on NCQ-capable,
56  * rotational or flash-based devices, and to get the job done quickly
57  * for applications consisting in many I/O-bound processes.
58  *
59  * NOTE: if the main or only goal, with a given device, is to achieve
60  * the maximum-possible throughput at all times, then do switch off
61  * all low-latency heuristics for that device, by setting low_latency
62  * to 0.
63  *
64  * BFQ is described in [1], where also a reference to the initial, more
65  * theoretical paper on BFQ can be found. The interested reader can find
66  * in the latter paper full details on the main algorithm, as well as
67  * formulas of the guarantees and formal proofs of all the properties.
68  * With respect to the version of BFQ presented in these papers, this
69  * implementation adds a few more heuristics, such as the one that
70  * guarantees a low latency to soft real-time applications, and a
71  * hierarchical extension based on H-WF2Q+.
72  *
73  * B-WF2Q+ is based on WF2Q+, which is described in [2], together with
74  * H-WF2Q+, while the augmented tree used here to implement B-WF2Q+
75  * with O(log N) complexity derives from the one introduced with EEVDF
76  * in [3].
77  *
78  * [1] P. Valente, A. Avanzini, "Evolution of the BFQ Storage I/O
79  *     Scheduler", Proceedings of the First Workshop on Mobile System
80  *     Technologies (MST-2015), May 2015.
81  *     http://algogroup.unimore.it/people/paolo/disk_sched/mst-2015.pdf
82  *
83  * [2] Jon C.R. Bennett and H. Zhang, "Hierarchical Packet Fair Queueing
84  *     Algorithms", IEEE/ACM Transactions on Networking, 5(5):675-689,
85  *     Oct 1997.
86  *
87  * http://www.cs.cmu.edu/~hzhang/papers/TON-97-Oct.ps.gz
88  *
89  * [3] I. Stoica and H. Abdel-Wahab, "Earliest Eligible Virtual Deadline
90  *     First: A Flexible and Accurate Mechanism for Proportional Share
91  *     Resource Allocation", technical report.
92  *
93  * http://www.cs.berkeley.edu/~istoica/papers/eevdf-tr-95.pdf
94  */
95 #include <linux/module.h>
96 #include <linux/slab.h>
97 #include <linux/blkdev.h>
98 #include <linux/cgroup.h>
99 #include <linux/elevator.h>
100 #include <linux/ktime.h>
101 #include <linux/rbtree.h>
102 #include <linux/ioprio.h>
103 #include <linux/sbitmap.h>
104 #include <linux/delay.h>
105
106 #include "blk.h"
107 #include "blk-mq.h"
108 #include "blk-mq-tag.h"
109 #include "blk-mq-sched.h"
110 #include "bfq-iosched.h"
111 #include "blk-wbt.h"
112
113 #define BFQ_BFQQ_FNS(name)                                              \
114 void bfq_mark_bfqq_##name(struct bfq_queue *bfqq)                       \
115 {                                                                       \
116         __set_bit(BFQQF_##name, &(bfqq)->flags);                        \
117 }                                                                       \
118 void bfq_clear_bfqq_##name(struct bfq_queue *bfqq)                      \
119 {                                                                       \
120         __clear_bit(BFQQF_##name, &(bfqq)->flags);              \
121 }                                                                       \
122 int bfq_bfqq_##name(const struct bfq_queue *bfqq)                       \
123 {                                                                       \
124         return test_bit(BFQQF_##name, &(bfqq)->flags);          \
125 }
126
127 BFQ_BFQQ_FNS(just_created);
128 BFQ_BFQQ_FNS(busy);
129 BFQ_BFQQ_FNS(wait_request);
130 BFQ_BFQQ_FNS(non_blocking_wait_rq);
131 BFQ_BFQQ_FNS(fifo_expire);
132 BFQ_BFQQ_FNS(has_short_ttime);
133 BFQ_BFQQ_FNS(sync);
134 BFQ_BFQQ_FNS(IO_bound);
135 BFQ_BFQQ_FNS(in_large_burst);
136 BFQ_BFQQ_FNS(coop);
137 BFQ_BFQQ_FNS(split_coop);
138 BFQ_BFQQ_FNS(softrt_update);
139 #undef BFQ_BFQQ_FNS                                             \
140
141 /* Expiration time of sync (0) and async (1) requests, in ns. */
142 static const u64 bfq_fifo_expire[2] = { NSEC_PER_SEC / 4, NSEC_PER_SEC / 8 };
143
144 /* Maximum backwards seek (magic number lifted from CFQ), in KiB. */
145 static const int bfq_back_max = 16 * 1024;
146
147 /* Penalty of a backwards seek, in number of sectors. */
148 static const int bfq_back_penalty = 2;
149
150 /* Idling period duration, in ns. */
151 static u64 bfq_slice_idle = NSEC_PER_SEC / 125;
152
153 /* Minimum number of assigned budgets for which stats are safe to compute. */
154 static const int bfq_stats_min_budgets = 194;
155
156 /* Default maximum budget values, in sectors and number of requests. */
157 static const int bfq_default_max_budget = 16 * 1024;
158
159 /*
160  * Async to sync throughput distribution is controlled as follows:
161  * when an async request is served, the entity is charged the number
162  * of sectors of the request, multiplied by the factor below
163  */
164 static const int bfq_async_charge_factor = 10;
165
166 /* Default timeout values, in jiffies, approximating CFQ defaults. */
167 const int bfq_timeout = HZ / 8;
168
169 static struct kmem_cache *bfq_pool;
170
171 /* Below this threshold (in ns), we consider thinktime immediate. */
172 #define BFQ_MIN_TT              (2 * NSEC_PER_MSEC)
173
174 /* hw_tag detection: parallel requests threshold and min samples needed. */
175 #define BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD  4
176 #define BFQ_HW_QUEUE_SAMPLES    32
177
178 #define BFQQ_SEEK_THR           (sector_t)(8 * 100)
179 #define BFQQ_SECT_THR_NONROT    (sector_t)(2 * 32)
180 #define BFQQ_CLOSE_THR          (sector_t)(8 * 1024)
181 #define BFQQ_SEEKY(bfqq)        (hweight32(bfqq->seek_history) > 32/8)
182
183 /* Min number of samples required to perform peak-rate update */
184 #define BFQ_RATE_MIN_SAMPLES    32
185 /* Min observation time interval required to perform a peak-rate update (ns) */
186 #define BFQ_RATE_MIN_INTERVAL   (300*NSEC_PER_MSEC)
187 /* Target observation time interval for a peak-rate update (ns) */
188 #define BFQ_RATE_REF_INTERVAL   NSEC_PER_SEC
189
190 /* Shift used for peak rate fixed precision calculations. */
191 #define BFQ_RATE_SHIFT          16
192
193 /*
194  * By default, BFQ computes the duration of the weight raising for
195  * interactive applications automatically, using the following formula:
196  * duration = (R / r) * T, where r is the peak rate of the device, and
197  * R and T are two reference parameters.
198  * In particular, R is the peak rate of the reference device (see below),
199  * and T is a reference time: given the systems that are likely to be
200  * installed on the reference device according to its speed class, T is
201  * about the maximum time needed, under BFQ and while reading two files in
202  * parallel, to load typical large applications on these systems.
203  * In practice, the slower/faster the device at hand is, the more/less it
204  * takes to load applications with respect to the reference device.
205  * Accordingly, the longer/shorter BFQ grants weight raising to interactive
206  * applications.
207  *
208  * BFQ uses four different reference pairs (R, T), depending on:
209  * . whether the device is rotational or non-rotational;
210  * . whether the device is slow, such as old or portable HDDs, as well as
211  *   SD cards, or fast, such as newer HDDs and SSDs.
212  *
213  * The device's speed class is dynamically (re)detected in
214  * bfq_update_peak_rate() every time the estimated peak rate is updated.
215  *
216  * In the following definitions, R_slow[0]/R_fast[0] and
217  * T_slow[0]/T_fast[0] are the reference values for a slow/fast
218  * rotational device, whereas R_slow[1]/R_fast[1] and
219  * T_slow[1]/T_fast[1] are the reference values for a slow/fast
220  * non-rotational device. Finally, device_speed_thresh are the
221  * thresholds used to switch between speed classes. The reference
222  * rates are not the actual peak rates of the devices used as a
223  * reference, but slightly lower values. The reason for using these
224  * slightly lower values is that the peak-rate estimator tends to
225  * yield slightly lower values than the actual peak rate (it can yield
226  * the actual peak rate only if there is only one process doing I/O,
227  * and the process does sequential I/O).
228  *
229  * Both the reference peak rates and the thresholds are measured in
230  * sectors/usec, left-shifted by BFQ_RATE_SHIFT.
231  */
232 static int R_slow[2] = {1000, 10700};
233 static int R_fast[2] = {14000, 33000};
234 /*
235  * To improve readability, a conversion function is used to initialize the
236  * following arrays, which entails that they can be initialized only in a
237  * function.
238  */
239 static int T_slow[2];
240 static int T_fast[2];
241 static int device_speed_thresh[2];
242
243 #define RQ_BIC(rq)              icq_to_bic((rq)->elv.priv[0])
244 #define RQ_BFQQ(rq)             ((rq)->elv.priv[1])
245
246 struct bfq_queue *bic_to_bfqq(struct bfq_io_cq *bic, bool is_sync)
247 {
248         return bic->bfqq[is_sync];
249 }
250
251 void bic_set_bfqq(struct bfq_io_cq *bic, struct bfq_queue *bfqq, bool is_sync)
252 {
253         bic->bfqq[is_sync] = bfqq;
254 }
255
256 struct bfq_data *bic_to_bfqd(struct bfq_io_cq *bic)
257 {
258         return bic->icq.q->elevator->elevator_data;
259 }
260
261 /**
262  * icq_to_bic - convert iocontext queue structure to bfq_io_cq.
263  * @icq: the iocontext queue.
264  */
265 static struct bfq_io_cq *icq_to_bic(struct io_cq *icq)
266 {
267         /* bic->icq is the first member, %NULL will convert to %NULL */
268         return container_of(icq, struct bfq_io_cq, icq);
269 }
270
271 /**
272  * bfq_bic_lookup - search into @ioc a bic associated to @bfqd.
273  * @bfqd: the lookup key.
274  * @ioc: the io_context of the process doing I/O.
275  * @q: the request queue.
276  */
277 static struct bfq_io_cq *bfq_bic_lookup(struct bfq_data *bfqd,
278                                         struct io_context *ioc,
279                                         struct request_queue *q)
280 {
281         if (ioc) {
282                 unsigned long flags;
283                 struct bfq_io_cq *icq;
284
285                 spin_lock_irqsave(q->queue_lock, flags);
286                 icq = icq_to_bic(ioc_lookup_icq(ioc, q));
287                 spin_unlock_irqrestore(q->queue_lock, flags);
288
289                 return icq;
290         }
291
292         return NULL;
293 }
294
295 /*
296  * Scheduler run of queue, if there are requests pending and no one in the
297  * driver that will restart queueing.
298  */
299 void bfq_schedule_dispatch(struct bfq_data *bfqd)
300 {
301         lockdep_assert_held(&bfqd->lock);
302
303         if (bfqd->queued != 0) {
304                 bfq_log(bfqd, "schedule dispatch");
305                 blk_mq_run_hw_queues(bfqd->queue, true);
306         }
307 }
308
309 #define bfq_class_idle(bfqq)    ((bfqq)->ioprio_class == IOPRIO_CLASS_IDLE)
310 #define bfq_class_rt(bfqq)      ((bfqq)->ioprio_class == IOPRIO_CLASS_RT)
311
312 #define bfq_sample_valid(samples)       ((samples) > 80)
313
314 /*
315  * Lifted from AS - choose which of rq1 and rq2 that is best served now.
316  * We choose the request that is closesr to the head right now.  Distance
317  * behind the head is penalized and only allowed to a certain extent.
318  */
319 static struct request *bfq_choose_req(struct bfq_data *bfqd,
320                                       struct request *rq1,
321                                       struct request *rq2,
322                                       sector_t last)
323 {
324         sector_t s1, s2, d1 = 0, d2 = 0;
325         unsigned long back_max;
326 #define BFQ_RQ1_WRAP    0x01 /* request 1 wraps */
327 #define BFQ_RQ2_WRAP    0x02 /* request 2 wraps */
328         unsigned int wrap = 0; /* bit mask: requests behind the disk head? */
329
330         if (!rq1 || rq1 == rq2)
331                 return rq2;
332         if (!rq2)
333                 return rq1;
334
335         if (rq_is_sync(rq1) && !rq_is_sync(rq2))
336                 return rq1;
337         else if (rq_is_sync(rq2) && !rq_is_sync(rq1))
338                 return rq2;
339         if ((rq1->cmd_flags & REQ_META) && !(rq2->cmd_flags & REQ_META))
340                 return rq1;
341         else if ((rq2->cmd_flags & REQ_META) && !(rq1->cmd_flags & REQ_META))
342                 return rq2;
343
344         s1 = blk_rq_pos(rq1);
345         s2 = blk_rq_pos(rq2);
346
347         /*
348          * By definition, 1KiB is 2 sectors.
349          */
350         back_max = bfqd->bfq_back_max * 2;
351
352         /*
353          * Strict one way elevator _except_ in the case where we allow
354          * short backward seeks which are biased as twice the cost of a
355          * similar forward seek.
356          */
357         if (s1 >= last)
358                 d1 = s1 - last;
359         else if (s1 + back_max >= last)
360                 d1 = (last - s1) * bfqd->bfq_back_penalty;
361         else
362                 wrap |= BFQ_RQ1_WRAP;
363
364         if (s2 >= last)
365                 d2 = s2 - last;
366         else if (s2 + back_max >= last)
367                 d2 = (last - s2) * bfqd->bfq_back_penalty;
368         else
369                 wrap |= BFQ_RQ2_WRAP;
370
371         /* Found required data */
372
373         /*
374          * By doing switch() on the bit mask "wrap" we avoid having to
375          * check two variables for all permutations: --> faster!
376          */
377         switch (wrap) {
378         case 0: /* common case for CFQ: rq1 and rq2 not wrapped */
379                 if (d1 < d2)
380                         return rq1;
381                 else if (d2 < d1)
382                         return rq2;
383
384                 if (s1 >= s2)
385                         return rq1;
386                 else
387                         return rq2;
388
389         case BFQ_RQ2_WRAP:
390                 return rq1;
391         case BFQ_RQ1_WRAP:
392                 return rq2;
393         case BFQ_RQ1_WRAP|BFQ_RQ2_WRAP: /* both rqs wrapped */
394         default:
395                 /*
396                  * Since both rqs are wrapped,
397                  * start with the one that's further behind head
398                  * (--> only *one* back seek required),
399                  * since back seek takes more time than forward.
400                  */
401                 if (s1 <= s2)
402                         return rq1;
403                 else
404                         return rq2;
405         }
406 }
407
408 static struct bfq_queue *
409 bfq_rq_pos_tree_lookup(struct bfq_data *bfqd, struct rb_root *root,
410                      sector_t sector, struct rb_node **ret_parent,
411                      struct rb_node ***rb_link)
412 {
413         struct rb_node **p, *parent;
414         struct bfq_queue *bfqq = NULL;
415
416         parent = NULL;
417         p = &root->rb_node;
418         while (*p) {
419                 struct rb_node **n;
420
421                 parent = *p;
422                 bfqq = rb_entry(parent, struct bfq_queue, pos_node);
423
424                 /*
425                  * Sort strictly based on sector. Smallest to the left,
426                  * largest to the right.
427                  */
428                 if (sector > blk_rq_pos(bfqq->next_rq))
429                         n = &(*p)->rb_right;
430                 else if (sector < blk_rq_pos(bfqq->next_rq))
431                         n = &(*p)->rb_left;
432                 else
433                         break;
434                 p = n;
435                 bfqq = NULL;
436         }
437
438         *ret_parent = parent;
439         if (rb_link)
440                 *rb_link = p;
441
442         bfq_log(bfqd, "rq_pos_tree_lookup %llu: returning %d",
443                 (unsigned long long)sector,
444                 bfqq ? bfqq->pid : 0);
445
446         return bfqq;
447 }
448
449 void bfq_pos_tree_add_move(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
450 {
451         struct rb_node **p, *parent;
452         struct bfq_queue *__bfqq;
453
454         if (bfqq->pos_root) {
455                 rb_erase(&bfqq->pos_node, bfqq->pos_root);
456                 bfqq->pos_root = NULL;
457         }
458
459         if (bfq_class_idle(bfqq))
460                 return;
461         if (!bfqq->next_rq)
462                 return;
463
464         bfqq->pos_root = &bfq_bfqq_to_bfqg(bfqq)->rq_pos_tree;
465         __bfqq = bfq_rq_pos_tree_lookup(bfqd, bfqq->pos_root,
466                         blk_rq_pos(bfqq->next_rq), &parent, &p);
467         if (!__bfqq) {
468                 rb_link_node(&bfqq->pos_node, parent, p);
469                 rb_insert_color(&bfqq->pos_node, bfqq->pos_root);
470         } else
471                 bfqq->pos_root = NULL;
472 }
473
474 /*
475  * Tell whether there are active queues or groups with differentiated weights.
476  */
477 static bool bfq_differentiated_weights(struct bfq_data *bfqd)
478 {
479         /*
480          * For weights to differ, at least one of the trees must contain
481          * at least two nodes.
482          */
483         return (!RB_EMPTY_ROOT(&bfqd->queue_weights_tree) &&
484                 (bfqd->queue_weights_tree.rb_node->rb_left ||
485                  bfqd->queue_weights_tree.rb_node->rb_right)
486 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
487                ) ||
488                (!RB_EMPTY_ROOT(&bfqd->group_weights_tree) &&
489                 (bfqd->group_weights_tree.rb_node->rb_left ||
490                  bfqd->group_weights_tree.rb_node->rb_right)
491 #endif
492                );
493 }
494
495 /*
496  * The following function returns true if every queue must receive the
497  * same share of the throughput (this condition is used when deciding
498  * whether idling may be disabled, see the comments in the function
499  * bfq_bfqq_may_idle()).
500  *
501  * Such a scenario occurs when:
502  * 1) all active queues have the same weight,
503  * 2) all active groups at the same level in the groups tree have the same
504  *    weight,
505  * 3) all active groups at the same level in the groups tree have the same
506  *    number of children.
507  *
508  * Unfortunately, keeping the necessary state for evaluating exactly the
509  * above symmetry conditions would be quite complex and time-consuming.
510  * Therefore this function evaluates, instead, the following stronger
511  * sub-conditions, for which it is much easier to maintain the needed
512  * state:
513  * 1) all active queues have the same weight,
514  * 2) all active groups have the same weight,
515  * 3) all active groups have at most one active child each.
516  * In particular, the last two conditions are always true if hierarchical
517  * support and the cgroups interface are not enabled, thus no state needs
518  * to be maintained in this case.
519  */
520 static bool bfq_symmetric_scenario(struct bfq_data *bfqd)
521 {
522         return !bfq_differentiated_weights(bfqd);
523 }
524
525 /*
526  * If the weight-counter tree passed as input contains no counter for
527  * the weight of the input entity, then add that counter; otherwise just
528  * increment the existing counter.
529  *
530  * Note that weight-counter trees contain few nodes in mostly symmetric
531  * scenarios. For example, if all queues have the same weight, then the
532  * weight-counter tree for the queues may contain at most one node.
533  * This holds even if low_latency is on, because weight-raised queues
534  * are not inserted in the tree.
535  * In most scenarios, the rate at which nodes are created/destroyed
536  * should be low too.
537  */
538 void bfq_weights_tree_add(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_entity *entity,
539                           struct rb_root *root)
540 {
541         struct rb_node **new = &(root->rb_node), *parent = NULL;
542
543         /*
544          * Do not insert if the entity is already associated with a
545          * counter, which happens if:
546          *   1) the entity is associated with a queue,
547          *   2) a request arrival has caused the queue to become both
548          *      non-weight-raised, and hence change its weight, and
549          *      backlogged; in this respect, each of the two events
550          *      causes an invocation of this function,
551          *   3) this is the invocation of this function caused by the
552          *      second event. This second invocation is actually useless,
553          *      and we handle this fact by exiting immediately. More
554          *      efficient or clearer solutions might possibly be adopted.
555          */
556         if (entity->weight_counter)
557                 return;
558
559         while (*new) {
560                 struct bfq_weight_counter *__counter = container_of(*new,
561                                                 struct bfq_weight_counter,
562                                                 weights_node);
563                 parent = *new;
564
565                 if (entity->weight == __counter->weight) {
566                         entity->weight_counter = __counter;
567                         goto inc_counter;
568                 }
569                 if (entity->weight < __counter->weight)
570                         new = &((*new)->rb_left);
571                 else
572                         new = &((*new)->rb_right);
573         }
574
575         entity->weight_counter = kzalloc(sizeof(struct bfq_weight_counter),
576                                          GFP_ATOMIC);
577
578         /*
579          * In the unlucky event of an allocation failure, we just
580          * exit. This will cause the weight of entity to not be
581          * considered in bfq_differentiated_weights, which, in its
582          * turn, causes the scenario to be deemed wrongly symmetric in
583          * case entity's weight would have been the only weight making
584          * the scenario asymmetric. On the bright side, no unbalance
585          * will however occur when entity becomes inactive again (the
586          * invocation of this function is triggered by an activation
587          * of entity). In fact, bfq_weights_tree_remove does nothing
588          * if !entity->weight_counter.
589          */
590         if (unlikely(!entity->weight_counter))
591                 return;
592
593         entity->weight_counter->weight = entity->weight;
594         rb_link_node(&entity->weight_counter->weights_node, parent, new);
595         rb_insert_color(&entity->weight_counter->weights_node, root);
596
597 inc_counter:
598         entity->weight_counter->num_active++;
599 }
600
601 /*
602  * Decrement the weight counter associated with the entity, and, if the
603  * counter reaches 0, remove the counter from the tree.
604  * See the comments to the function bfq_weights_tree_add() for considerations
605  * about overhead.
606  */
607 void bfq_weights_tree_remove(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_entity *entity,
608                              struct rb_root *root)
609 {
610         if (!entity->weight_counter)
611                 return;
612
613         entity->weight_counter->num_active--;
614         if (entity->weight_counter->num_active > 0)
615                 goto reset_entity_pointer;
616
617         rb_erase(&entity->weight_counter->weights_node, root);
618         kfree(entity->weight_counter);
619
620 reset_entity_pointer:
621         entity->weight_counter = NULL;
622 }
623
624 /*
625  * Return expired entry, or NULL to just start from scratch in rbtree.
626  */
627 static struct request *bfq_check_fifo(struct bfq_queue *bfqq,
628                                       struct request *last)
629 {
630         struct request *rq;
631
632         if (bfq_bfqq_fifo_expire(bfqq))
633                 return NULL;
634
635         bfq_mark_bfqq_fifo_expire(bfqq);
636
637         rq = rq_entry_fifo(bfqq->fifo.next);
638
639         if (rq == last || ktime_get_ns() < rq->fifo_time)
640                 return NULL;
641
642         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "check_fifo: returned %p", rq);
643         return rq;
644 }
645
646 static struct request *bfq_find_next_rq(struct bfq_data *bfqd,
647                                         struct bfq_queue *bfqq,
648                                         struct request *last)
649 {
650         struct rb_node *rbnext = rb_next(&last->rb_node);
651         struct rb_node *rbprev = rb_prev(&last->rb_node);
652         struct request *next, *prev = NULL;
653
654         /* Follow expired path, else get first next available. */
655         next = bfq_check_fifo(bfqq, last);
656         if (next)
657                 return next;
658
659         if (rbprev)
660                 prev = rb_entry_rq(rbprev);
661
662         if (rbnext)
663                 next = rb_entry_rq(rbnext);
664         else {
665                 rbnext = rb_first(&bfqq->sort_list);
666                 if (rbnext && rbnext != &last->rb_node)
667                         next = rb_entry_rq(rbnext);
668         }
669
670         return bfq_choose_req(bfqd, next, prev, blk_rq_pos(last));
671 }
672
673 /* see the definition of bfq_async_charge_factor for details */
674 static unsigned long bfq_serv_to_charge(struct request *rq,
675                                         struct bfq_queue *bfqq)
676 {
677         if (bfq_bfqq_sync(bfqq) || bfqq->wr_coeff > 1)
678                 return blk_rq_sectors(rq);
679
680         /*
681          * If there are no weight-raised queues, then amplify service
682          * by just the async charge factor; otherwise amplify service
683          * by twice the async charge factor, to further reduce latency
684          * for weight-raised queues.
685          */
686         if (bfqq->bfqd->wr_busy_queues == 0)
687                 return blk_rq_sectors(rq) * bfq_async_charge_factor;
688
689         return blk_rq_sectors(rq) * 2 * bfq_async_charge_factor;
690 }
691
692 /**
693  * bfq_updated_next_req - update the queue after a new next_rq selection.
694  * @bfqd: the device data the queue belongs to.
695  * @bfqq: the queue to update.
696  *
697  * If the first request of a queue changes we make sure that the queue
698  * has enough budget to serve at least its first request (if the
699  * request has grown).  We do this because if the queue has not enough
700  * budget for its first request, it has to go through two dispatch
701  * rounds to actually get it dispatched.
702  */
703 static void bfq_updated_next_req(struct bfq_data *bfqd,
704                                  struct bfq_queue *bfqq)
705 {
706         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
707         struct request *next_rq = bfqq->next_rq;
708         unsigned long new_budget;
709
710         if (!next_rq)
711                 return;
712
713         if (bfqq == bfqd->in_service_queue)
714                 /*
715                  * In order not to break guarantees, budgets cannot be
716                  * changed after an entity has been selected.
717                  */
718                 return;
719
720         new_budget = max_t(unsigned long, bfqq->max_budget,
721                            bfq_serv_to_charge(next_rq, bfqq));
722         if (entity->budget != new_budget) {
723                 entity->budget = new_budget;
724                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "updated next rq: new budget %lu",
725                                          new_budget);
726                 bfq_requeue_bfqq(bfqd, bfqq, false);
727         }
728 }
729
730 static void
731 bfq_bfqq_resume_state(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_data *bfqd,
732                       struct bfq_io_cq *bic, bool bfq_already_existing)
733 {
734         unsigned int old_wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
735         bool busy = bfq_already_existing && bfq_bfqq_busy(bfqq);
736
737         if (bic->saved_has_short_ttime)
738                 bfq_mark_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
739         else
740                 bfq_clear_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
741
742         if (bic->saved_IO_bound)
743                 bfq_mark_bfqq_IO_bound(bfqq);
744         else
745                 bfq_clear_bfqq_IO_bound(bfqq);
746
747         bfqq->ttime = bic->saved_ttime;
748         bfqq->wr_coeff = bic->saved_wr_coeff;
749         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt = bic->saved_wr_start_at_switch_to_srt;
750         bfqq->last_wr_start_finish = bic->saved_last_wr_start_finish;
751         bfqq->wr_cur_max_time = bic->saved_wr_cur_max_time;
752
753         if (bfqq->wr_coeff > 1 && (bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq) ||
754             time_is_before_jiffies(bfqq->last_wr_start_finish +
755                                    bfqq->wr_cur_max_time))) {
756                 bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq,
757                     "resume state: switching off wr");
758
759                 bfqq->wr_coeff = 1;
760         }
761
762         /* make sure weight will be updated, however we got here */
763         bfqq->entity.prio_changed = 1;
764
765         if (likely(!busy))
766                 return;
767
768         if (old_wr_coeff == 1 && bfqq->wr_coeff > 1)
769                 bfqd->wr_busy_queues++;
770         else if (old_wr_coeff > 1 && bfqq->wr_coeff == 1)
771                 bfqd->wr_busy_queues--;
772 }
773
774 static int bfqq_process_refs(struct bfq_queue *bfqq)
775 {
776         return bfqq->ref - bfqq->allocated - bfqq->entity.on_st;
777 }
778
779 /* Empty burst list and add just bfqq (see comments on bfq_handle_burst) */
780 static void bfq_reset_burst_list(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
781 {
782         struct bfq_queue *item;
783         struct hlist_node *n;
784
785         hlist_for_each_entry_safe(item, n, &bfqd->burst_list, burst_list_node)
786                 hlist_del_init(&item->burst_list_node);
787         hlist_add_head(&bfqq->burst_list_node, &bfqd->burst_list);
788         bfqd->burst_size = 1;
789         bfqd->burst_parent_entity = bfqq->entity.parent;
790 }
791
792 /* Add bfqq to the list of queues in current burst (see bfq_handle_burst) */
793 static void bfq_add_to_burst(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
794 {
795         /* Increment burst size to take into account also bfqq */
796         bfqd->burst_size++;
797
798         if (bfqd->burst_size == bfqd->bfq_large_burst_thresh) {
799                 struct bfq_queue *pos, *bfqq_item;
800                 struct hlist_node *n;
801
802                 /*
803                  * Enough queues have been activated shortly after each
804                  * other to consider this burst as large.
805                  */
806                 bfqd->large_burst = true;
807
808                 /*
809                  * We can now mark all queues in the burst list as
810                  * belonging to a large burst.
811                  */
812                 hlist_for_each_entry(bfqq_item, &bfqd->burst_list,
813                                      burst_list_node)
814                         bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq_item);
815                 bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq);
816
817                 /*
818                  * From now on, and until the current burst finishes, any
819                  * new queue being activated shortly after the last queue
820                  * was inserted in the burst can be immediately marked as
821                  * belonging to a large burst. So the burst list is not
822                  * needed any more. Remove it.
823                  */
824                 hlist_for_each_entry_safe(pos, n, &bfqd->burst_list,
825                                           burst_list_node)
826                         hlist_del_init(&pos->burst_list_node);
827         } else /*
828                 * Burst not yet large: add bfqq to the burst list. Do
829                 * not increment the ref counter for bfqq, because bfqq
830                 * is removed from the burst list before freeing bfqq
831                 * in put_queue.
832                 */
833                 hlist_add_head(&bfqq->burst_list_node, &bfqd->burst_list);
834 }
835
836 /*
837  * If many queues belonging to the same group happen to be created
838  * shortly after each other, then the processes associated with these
839  * queues have typically a common goal. In particular, bursts of queue
840  * creations are usually caused by services or applications that spawn
841  * many parallel threads/processes. Examples are systemd during boot,
842  * or git grep. To help these processes get their job done as soon as
843  * possible, it is usually better to not grant either weight-raising
844  * or device idling to their queues.
845  *
846  * In this comment we describe, firstly, the reasons why this fact
847  * holds, and, secondly, the next function, which implements the main
848  * steps needed to properly mark these queues so that they can then be
849  * treated in a different way.
850  *
851  * The above services or applications benefit mostly from a high
852  * throughput: the quicker the requests of the activated queues are
853  * cumulatively served, the sooner the target job of these queues gets
854  * completed. As a consequence, weight-raising any of these queues,
855  * which also implies idling the device for it, is almost always
856  * counterproductive. In most cases it just lowers throughput.
857  *
858  * On the other hand, a burst of queue creations may be caused also by
859  * the start of an application that does not consist of a lot of
860  * parallel I/O-bound threads. In fact, with a complex application,
861  * several short processes may need to be executed to start-up the
862  * application. In this respect, to start an application as quickly as
863  * possible, the best thing to do is in any case to privilege the I/O
864  * related to the application with respect to all other
865  * I/O. Therefore, the best strategy to start as quickly as possible
866  * an application that causes a burst of queue creations is to
867  * weight-raise all the queues created during the burst. This is the
868  * exact opposite of the best strategy for the other type of bursts.
869  *
870  * In the end, to take the best action for each of the two cases, the
871  * two types of bursts need to be distinguished. Fortunately, this
872  * seems relatively easy, by looking at the sizes of the bursts. In
873  * particular, we found a threshold such that only bursts with a
874  * larger size than that threshold are apparently caused by
875  * services or commands such as systemd or git grep. For brevity,
876  * hereafter we call just 'large' these bursts. BFQ *does not*
877  * weight-raise queues whose creation occurs in a large burst. In
878  * addition, for each of these queues BFQ performs or does not perform
879  * idling depending on which choice boosts the throughput more. The
880  * exact choice depends on the device and request pattern at
881  * hand.
882  *
883  * Unfortunately, false positives may occur while an interactive task
884  * is starting (e.g., an application is being started). The
885  * consequence is that the queues associated with the task do not
886  * enjoy weight raising as expected. Fortunately these false positives
887  * are very rare. They typically occur if some service happens to
888  * start doing I/O exactly when the interactive task starts.
889  *
890  * Turning back to the next function, it implements all the steps
891  * needed to detect the occurrence of a large burst and to properly
892  * mark all the queues belonging to it (so that they can then be
893  * treated in a different way). This goal is achieved by maintaining a
894  * "burst list" that holds, temporarily, the queues that belong to the
895  * burst in progress. The list is then used to mark these queues as
896  * belonging to a large burst if the burst does become large. The main
897  * steps are the following.
898  *
899  * . when the very first queue is created, the queue is inserted into the
900  *   list (as it could be the first queue in a possible burst)
901  *
902  * . if the current burst has not yet become large, and a queue Q that does
903  *   not yet belong to the burst is activated shortly after the last time
904  *   at which a new queue entered the burst list, then the function appends
905  *   Q to the burst list
906  *
907  * . if, as a consequence of the previous step, the burst size reaches
908  *   the large-burst threshold, then
909  *
910  *     . all the queues in the burst list are marked as belonging to a
911  *       large burst
912  *
913  *     . the burst list is deleted; in fact, the burst list already served
914  *       its purpose (keeping temporarily track of the queues in a burst,
915  *       so as to be able to mark them as belonging to a large burst in the
916  *       previous sub-step), and now is not needed any more
917  *
918  *     . the device enters a large-burst mode
919  *
920  * . if a queue Q that does not belong to the burst is created while
921  *   the device is in large-burst mode and shortly after the last time
922  *   at which a queue either entered the burst list or was marked as
923  *   belonging to the current large burst, then Q is immediately marked
924  *   as belonging to a large burst.
925  *
926  * . if a queue Q that does not belong to the burst is created a while
927  *   later, i.e., not shortly after, than the last time at which a queue
928  *   either entered the burst list or was marked as belonging to the
929  *   current large burst, then the current burst is deemed as finished and:
930  *
931  *        . the large-burst mode is reset if set
932  *
933  *        . the burst list is emptied
934  *
935  *        . Q is inserted in the burst list, as Q may be the first queue
936  *          in a possible new burst (then the burst list contains just Q
937  *          after this step).
938  */
939 static void bfq_handle_burst(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
940 {
941         /*
942          * If bfqq is already in the burst list or is part of a large
943          * burst, or finally has just been split, then there is
944          * nothing else to do.
945          */
946         if (!hlist_unhashed(&bfqq->burst_list_node) ||
947             bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq) ||
948             time_is_after_eq_jiffies(bfqq->split_time +
949                                      msecs_to_jiffies(10)))
950                 return;
951
952         /*
953          * If bfqq's creation happens late enough, or bfqq belongs to
954          * a different group than the burst group, then the current
955          * burst is finished, and related data structures must be
956          * reset.
957          *
958          * In this respect, consider the special case where bfqq is
959          * the very first queue created after BFQ is selected for this
960          * device. In this case, last_ins_in_burst and
961          * burst_parent_entity are not yet significant when we get
962          * here. But it is easy to verify that, whether or not the
963          * following condition is true, bfqq will end up being
964          * inserted into the burst list. In particular the list will
965          * happen to contain only bfqq. And this is exactly what has
966          * to happen, as bfqq may be the first queue of the first
967          * burst.
968          */
969         if (time_is_before_jiffies(bfqd->last_ins_in_burst +
970             bfqd->bfq_burst_interval) ||
971             bfqq->entity.parent != bfqd->burst_parent_entity) {
972                 bfqd->large_burst = false;
973                 bfq_reset_burst_list(bfqd, bfqq);
974                 goto end;
975         }
976
977         /*
978          * If we get here, then bfqq is being activated shortly after the
979          * last queue. So, if the current burst is also large, we can mark
980          * bfqq as belonging to this large burst immediately.
981          */
982         if (bfqd->large_burst) {
983                 bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq);
984                 goto end;
985         }
986
987         /*
988          * If we get here, then a large-burst state has not yet been
989          * reached, but bfqq is being activated shortly after the last
990          * queue. Then we add bfqq to the burst.
991          */
992         bfq_add_to_burst(bfqd, bfqq);
993 end:
994         /*
995          * At this point, bfqq either has been added to the current
996          * burst or has caused the current burst to terminate and a
997          * possible new burst to start. In particular, in the second
998          * case, bfqq has become the first queue in the possible new
999          * burst.  In both cases last_ins_in_burst needs to be moved
1000          * forward.
1001          */
1002         bfqd->last_ins_in_burst = jiffies;
1003 }
1004
1005 static int bfq_bfqq_budget_left(struct bfq_queue *bfqq)
1006 {
1007         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
1008
1009         return entity->budget - entity->service;
1010 }
1011
1012 /*
1013  * If enough samples have been computed, return the current max budget
1014  * stored in bfqd, which is dynamically updated according to the
1015  * estimated disk peak rate; otherwise return the default max budget
1016  */
1017 static int bfq_max_budget(struct bfq_data *bfqd)
1018 {
1019         if (bfqd->budgets_assigned < bfq_stats_min_budgets)
1020                 return bfq_default_max_budget;
1021         else
1022                 return bfqd->bfq_max_budget;
1023 }
1024
1025 /*
1026  * Return min budget, which is a fraction of the current or default
1027  * max budget (trying with 1/32)
1028  */
1029 static int bfq_min_budget(struct bfq_data *bfqd)
1030 {
1031         if (bfqd->budgets_assigned < bfq_stats_min_budgets)
1032                 return bfq_default_max_budget / 32;
1033         else
1034                 return bfqd->bfq_max_budget / 32;
1035 }
1036
1037 /*
1038  * The next function, invoked after the input queue bfqq switches from
1039  * idle to busy, updates the budget of bfqq. The function also tells
1040  * whether the in-service queue should be expired, by returning
1041  * true. The purpose of expiring the in-service queue is to give bfqq
1042  * the chance to possibly preempt the in-service queue, and the reason
1043  * for preempting the in-service queue is to achieve one of the two
1044  * goals below.
1045  *
1046  * 1. Guarantee to bfqq its reserved bandwidth even if bfqq has
1047  * expired because it has remained idle. In particular, bfqq may have
1048  * expired for one of the following two reasons:
1049  *
1050  * - BFQQE_NO_MORE_REQUESTS bfqq did not enjoy any device idling
1051  *   and did not make it to issue a new request before its last
1052  *   request was served;
1053  *
1054  * - BFQQE_TOO_IDLE bfqq did enjoy device idling, but did not issue
1055  *   a new request before the expiration of the idling-time.
1056  *
1057  * Even if bfqq has expired for one of the above reasons, the process
1058  * associated with the queue may be however issuing requests greedily,
1059  * and thus be sensitive to the bandwidth it receives (bfqq may have
1060  * remained idle for other reasons: CPU high load, bfqq not enjoying
1061  * idling, I/O throttling somewhere in the path from the process to
1062  * the I/O scheduler, ...). But if, after every expiration for one of
1063  * the above two reasons, bfqq has to wait for the service of at least
1064  * one full budget of another queue before being served again, then
1065  * bfqq is likely to get a much lower bandwidth or resource time than
1066  * its reserved ones. To address this issue, two countermeasures need
1067  * to be taken.
1068  *
1069  * First, the budget and the timestamps of bfqq need to be updated in
1070  * a special way on bfqq reactivation: they need to be updated as if
1071  * bfqq did not remain idle and did not expire. In fact, if they are
1072  * computed as if bfqq expired and remained idle until reactivation,
1073  * then the process associated with bfqq is treated as if, instead of
1074  * being greedy, it stopped issuing requests when bfqq remained idle,
1075  * and restarts issuing requests only on this reactivation. In other
1076  * words, the scheduler does not help the process recover the "service
1077  * hole" between bfqq expiration and reactivation. As a consequence,
1078  * the process receives a lower bandwidth than its reserved one. In
1079  * contrast, to recover this hole, the budget must be updated as if
1080  * bfqq was not expired at all before this reactivation, i.e., it must
1081  * be set to the value of the remaining budget when bfqq was
1082  * expired. Along the same line, timestamps need to be assigned the
1083  * value they had the last time bfqq was selected for service, i.e.,
1084  * before last expiration. Thus timestamps need to be back-shifted
1085  * with respect to their normal computation (see [1] for more details
1086  * on this tricky aspect).
1087  *
1088  * Secondly, to allow the process to recover the hole, the in-service
1089  * queue must be expired too, to give bfqq the chance to preempt it
1090  * immediately. In fact, if bfqq has to wait for a full budget of the
1091  * in-service queue to be completed, then it may become impossible to
1092  * let the process recover the hole, even if the back-shifted
1093  * timestamps of bfqq are lower than those of the in-service queue. If
1094  * this happens for most or all of the holes, then the process may not
1095  * receive its reserved bandwidth. In this respect, it is worth noting
1096  * that, being the service of outstanding requests unpreemptible, a
1097  * little fraction of the holes may however be unrecoverable, thereby
1098  * causing a little loss of bandwidth.
1099  *
1100  * The last important point is detecting whether bfqq does need this
1101  * bandwidth recovery. In this respect, the next function deems the
1102  * process associated with bfqq greedy, and thus allows it to recover
1103  * the hole, if: 1) the process is waiting for the arrival of a new
1104  * request (which implies that bfqq expired for one of the above two
1105  * reasons), and 2) such a request has arrived soon. The first
1106  * condition is controlled through the flag non_blocking_wait_rq,
1107  * while the second through the flag arrived_in_time. If both
1108  * conditions hold, then the function computes the budget in the
1109  * above-described special way, and signals that the in-service queue
1110  * should be expired. Timestamp back-shifting is done later in
1111  * __bfq_activate_entity.
1112  *
1113  * 2. Reduce latency. Even if timestamps are not backshifted to let
1114  * the process associated with bfqq recover a service hole, bfqq may
1115  * however happen to have, after being (re)activated, a lower finish
1116  * timestamp than the in-service queue.  That is, the next budget of
1117  * bfqq may have to be completed before the one of the in-service
1118  * queue. If this is the case, then preempting the in-service queue
1119  * allows this goal to be achieved, apart from the unpreemptible,
1120  * outstanding requests mentioned above.
1121  *
1122  * Unfortunately, regardless of which of the above two goals one wants
1123  * to achieve, service trees need first to be updated to know whether
1124  * the in-service queue must be preempted. To have service trees
1125  * correctly updated, the in-service queue must be expired and
1126  * rescheduled, and bfqq must be scheduled too. This is one of the
1127  * most costly operations (in future versions, the scheduling
1128  * mechanism may be re-designed in such a way to make it possible to
1129  * know whether preemption is needed without needing to update service
1130  * trees). In addition, queue preemptions almost always cause random
1131  * I/O, and thus loss of throughput. Because of these facts, the next
1132  * function adopts the following simple scheme to avoid both costly
1133  * operations and too frequent preemptions: it requests the expiration
1134  * of the in-service queue (unconditionally) only for queues that need
1135  * to recover a hole, or that either are weight-raised or deserve to
1136  * be weight-raised.
1137  */
1138 static bool bfq_bfqq_update_budg_for_activation(struct bfq_data *bfqd,
1139                                                 struct bfq_queue *bfqq,
1140                                                 bool arrived_in_time,
1141                                                 bool wr_or_deserves_wr)
1142 {
1143         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
1144
1145         if (bfq_bfqq_non_blocking_wait_rq(bfqq) && arrived_in_time) {
1146                 /*
1147                  * We do not clear the flag non_blocking_wait_rq here, as
1148                  * the latter is used in bfq_activate_bfqq to signal
1149                  * that timestamps need to be back-shifted (and is
1150                  * cleared right after).
1151                  */
1152
1153                 /*
1154                  * In next assignment we rely on that either
1155                  * entity->service or entity->budget are not updated
1156                  * on expiration if bfqq is empty (see
1157                  * __bfq_bfqq_recalc_budget). Thus both quantities
1158                  * remain unchanged after such an expiration, and the
1159                  * following statement therefore assigns to
1160                  * entity->budget the remaining budget on such an
1161                  * expiration. For clarity, entity->service is not
1162                  * updated on expiration in any case, and, in normal
1163                  * operation, is reset only when bfqq is selected for
1164                  * service (see bfq_get_next_queue).
1165                  */
1166                 entity->budget = min_t(unsigned long,
1167                                        bfq_bfqq_budget_left(bfqq),
1168                                        bfqq->max_budget);
1169
1170                 return true;
1171         }
1172
1173         entity->budget = max_t(unsigned long, bfqq->max_budget,
1174                                bfq_serv_to_charge(bfqq->next_rq, bfqq));
1175         bfq_clear_bfqq_non_blocking_wait_rq(bfqq);
1176         return wr_or_deserves_wr;
1177 }
1178
1179 static unsigned int bfq_wr_duration(struct bfq_data *bfqd)
1180 {
1181         u64 dur;
1182
1183         if (bfqd->bfq_wr_max_time > 0)
1184                 return bfqd->bfq_wr_max_time;
1185
1186         dur = bfqd->RT_prod;
1187         do_div(dur, bfqd->peak_rate);
1188
1189         /*
1190          * Limit duration between 3 and 13 seconds. Tests show that
1191          * higher values than 13 seconds often yield the opposite of
1192          * the desired result, i.e., worsen responsiveness by letting
1193          * non-interactive and non-soft-real-time applications
1194          * preserve weight raising for a too long time interval.
1195          *
1196          * On the other end, lower values than 3 seconds make it
1197          * difficult for most interactive tasks to complete their jobs
1198          * before weight-raising finishes.
1199          */
1200         if (dur > msecs_to_jiffies(13000))
1201                 dur = msecs_to_jiffies(13000);
1202         else if (dur < msecs_to_jiffies(3000))
1203                 dur = msecs_to_jiffies(3000);
1204
1205         return dur;
1206 }
1207
1208 /*
1209  * Return the farthest future time instant according to jiffies
1210  * macros.
1211  */
1212 static unsigned long bfq_greatest_from_now(void)
1213 {
1214         return jiffies + MAX_JIFFY_OFFSET;
1215 }
1216
1217 /*
1218  * Return the farthest past time instant according to jiffies
1219  * macros.
1220  */
1221 static unsigned long bfq_smallest_from_now(void)
1222 {
1223         return jiffies - MAX_JIFFY_OFFSET;
1224 }
1225
1226 static void bfq_update_bfqq_wr_on_rq_arrival(struct bfq_data *bfqd,
1227                                              struct bfq_queue *bfqq,
1228                                              unsigned int old_wr_coeff,
1229                                              bool wr_or_deserves_wr,
1230                                              bool interactive,
1231                                              bool in_burst,
1232                                              bool soft_rt)
1233 {
1234         if (old_wr_coeff == 1 && wr_or_deserves_wr) {
1235                 /* start a weight-raising period */
1236                 if (interactive) {
1237                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
1238                         bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
1239                 } else {
1240                         /*
1241                          * No interactive weight raising in progress
1242                          * here: assign minus infinity to
1243                          * wr_start_at_switch_to_srt, to make sure
1244                          * that, at the end of the soft-real-time
1245                          * weight raising periods that is starting
1246                          * now, no interactive weight-raising period
1247                          * may be wrongly considered as still in
1248                          * progress (and thus actually started by
1249                          * mistake).
1250                          */
1251                         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt =
1252                                 bfq_smallest_from_now();
1253                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff *
1254                                 BFQ_SOFTRT_WEIGHT_FACTOR;
1255                         bfqq->wr_cur_max_time =
1256                                 bfqd->bfq_wr_rt_max_time;
1257                 }
1258
1259                 /*
1260                  * If needed, further reduce budget to make sure it is
1261                  * close to bfqq's backlog, so as to reduce the
1262                  * scheduling-error component due to a too large
1263                  * budget. Do not care about throughput consequences,
1264                  * but only about latency. Finally, do not assign a
1265                  * too small budget either, to avoid increasing
1266                  * latency by causing too frequent expirations.
1267                  */
1268                 bfqq->entity.budget = min_t(unsigned long,
1269                                             bfqq->entity.budget,
1270                                             2 * bfq_min_budget(bfqd));
1271         } else if (old_wr_coeff > 1) {
1272                 if (interactive) { /* update wr coeff and duration */
1273                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
1274                         bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
1275                 } else if (in_burst)
1276                         bfqq->wr_coeff = 1;
1277                 else if (soft_rt) {
1278                         /*
1279                          * The application is now or still meeting the
1280                          * requirements for being deemed soft rt.  We
1281                          * can then correctly and safely (re)charge
1282                          * the weight-raising duration for the
1283                          * application with the weight-raising
1284                          * duration for soft rt applications.
1285                          *
1286                          * In particular, doing this recharge now, i.e.,
1287                          * before the weight-raising period for the
1288                          * application finishes, reduces the probability
1289                          * of the following negative scenario:
1290                          * 1) the weight of a soft rt application is
1291                          *    raised at startup (as for any newly
1292                          *    created application),
1293                          * 2) since the application is not interactive,
1294                          *    at a certain time weight-raising is
1295                          *    stopped for the application,
1296                          * 3) at that time the application happens to
1297                          *    still have pending requests, and hence
1298                          *    is destined to not have a chance to be
1299                          *    deemed soft rt before these requests are
1300                          *    completed (see the comments to the
1301                          *    function bfq_bfqq_softrt_next_start()
1302                          *    for details on soft rt detection),
1303                          * 4) these pending requests experience a high
1304                          *    latency because the application is not
1305                          *    weight-raised while they are pending.
1306                          */
1307                         if (bfqq->wr_cur_max_time !=
1308                                 bfqd->bfq_wr_rt_max_time) {
1309                                 bfqq->wr_start_at_switch_to_srt =
1310                                         bfqq->last_wr_start_finish;
1311
1312                                 bfqq->wr_cur_max_time =
1313                                         bfqd->bfq_wr_rt_max_time;
1314                                 bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff *
1315                                         BFQ_SOFTRT_WEIGHT_FACTOR;
1316                         }
1317                         bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
1318                 }
1319         }
1320 }
1321
1322 static bool bfq_bfqq_idle_for_long_time(struct bfq_data *bfqd,
1323                                         struct bfq_queue *bfqq)
1324 {
1325         return bfqq->dispatched == 0 &&
1326                 time_is_before_jiffies(
1327                         bfqq->budget_timeout +
1328                         bfqd->bfq_wr_min_idle_time);
1329 }
1330
1331 static void bfq_bfqq_handle_idle_busy_switch(struct bfq_data *bfqd,
1332                                              struct bfq_queue *bfqq,
1333                                              int old_wr_coeff,
1334                                              struct request *rq,
1335                                              bool *interactive)
1336 {
1337         bool soft_rt, in_burst, wr_or_deserves_wr,
1338                 bfqq_wants_to_preempt,
1339                 idle_for_long_time = bfq_bfqq_idle_for_long_time(bfqd, bfqq),
1340                 /*
1341                  * See the comments on
1342                  * bfq_bfqq_update_budg_for_activation for
1343                  * details on the usage of the next variable.
1344                  */
1345                 arrived_in_time =  ktime_get_ns() <=
1346                         bfqq->ttime.last_end_request +
1347                         bfqd->bfq_slice_idle * 3;
1348
1349         bfqg_stats_update_io_add(bfqq_group(RQ_BFQQ(rq)), bfqq, rq->cmd_flags);
1350
1351         /*
1352          * bfqq deserves to be weight-raised if:
1353          * - it is sync,
1354          * - it does not belong to a large burst,
1355          * - it has been idle for enough time or is soft real-time,
1356          * - is linked to a bfq_io_cq (it is not shared in any sense).
1357          */
1358         in_burst = bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq);
1359         soft_rt = bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate > 0 &&
1360                 !in_burst &&
1361                 time_is_before_jiffies(bfqq->soft_rt_next_start);
1362         *interactive = !in_burst && idle_for_long_time;
1363         wr_or_deserves_wr = bfqd->low_latency &&
1364                 (bfqq->wr_coeff > 1 ||
1365                  (bfq_bfqq_sync(bfqq) &&
1366                   bfqq->bic && (*interactive || soft_rt)));
1367
1368         /*
1369          * Using the last flag, update budget and check whether bfqq
1370          * may want to preempt the in-service queue.
1371          */
1372         bfqq_wants_to_preempt =
1373                 bfq_bfqq_update_budg_for_activation(bfqd, bfqq,
1374                                                     arrived_in_time,
1375                                                     wr_or_deserves_wr);
1376
1377         /*
1378          * If bfqq happened to be activated in a burst, but has been
1379          * idle for much more than an interactive queue, then we
1380          * assume that, in the overall I/O initiated in the burst, the
1381          * I/O associated with bfqq is finished. So bfqq does not need
1382          * to be treated as a queue belonging to a burst
1383          * anymore. Accordingly, we reset bfqq's in_large_burst flag
1384          * if set, and remove bfqq from the burst list if it's
1385          * there. We do not decrement burst_size, because the fact
1386          * that bfqq does not need to belong to the burst list any
1387          * more does not invalidate the fact that bfqq was created in
1388          * a burst.
1389          */
1390         if (likely(!bfq_bfqq_just_created(bfqq)) &&
1391             idle_for_long_time &&
1392             time_is_before_jiffies(
1393                     bfqq->budget_timeout +
1394                     msecs_to_jiffies(10000))) {
1395                 hlist_del_init(&bfqq->burst_list_node);
1396                 bfq_clear_bfqq_in_large_burst(bfqq);
1397         }
1398
1399         bfq_clear_bfqq_just_created(bfqq);
1400
1401
1402         if (!bfq_bfqq_IO_bound(bfqq)) {
1403                 if (arrived_in_time) {
1404                         bfqq->requests_within_timer++;
1405                         if (bfqq->requests_within_timer >=
1406                             bfqd->bfq_requests_within_timer)
1407                                 bfq_mark_bfqq_IO_bound(bfqq);
1408                 } else
1409                         bfqq->requests_within_timer = 0;
1410         }
1411
1412         if (bfqd->low_latency) {
1413                 if (unlikely(time_is_after_jiffies(bfqq->split_time)))
1414                         /* wraparound */
1415                         bfqq->split_time =
1416                                 jiffies - bfqd->bfq_wr_min_idle_time - 1;
1417
1418                 if (time_is_before_jiffies(bfqq->split_time +
1419                                            bfqd->bfq_wr_min_idle_time)) {
1420                         bfq_update_bfqq_wr_on_rq_arrival(bfqd, bfqq,
1421                                                          old_wr_coeff,
1422                                                          wr_or_deserves_wr,
1423                                                          *interactive,
1424                                                          in_burst,
1425                                                          soft_rt);
1426
1427                         if (old_wr_coeff != bfqq->wr_coeff)
1428                                 bfqq->entity.prio_changed = 1;
1429                 }
1430         }
1431
1432         bfqq->last_idle_bklogged = jiffies;
1433         bfqq->service_from_backlogged = 0;
1434         bfq_clear_bfqq_softrt_update(bfqq);
1435
1436         bfq_add_bfqq_busy(bfqd, bfqq);
1437
1438         /*
1439          * Expire in-service queue only if preemption may be needed
1440          * for guarantees. In this respect, the function
1441          * next_queue_may_preempt just checks a simple, necessary
1442          * condition, and not a sufficient condition based on
1443          * timestamps. In fact, for the latter condition to be
1444          * evaluated, timestamps would need first to be updated, and
1445          * this operation is quite costly (see the comments on the
1446          * function bfq_bfqq_update_budg_for_activation).
1447          */
1448         if (bfqd->in_service_queue && bfqq_wants_to_preempt &&
1449             bfqd->in_service_queue->wr_coeff < bfqq->wr_coeff &&
1450             next_queue_may_preempt(bfqd))
1451                 bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqd->in_service_queue,
1452                                 false, BFQQE_PREEMPTED);
1453 }
1454
1455 static void bfq_add_request(struct request *rq)
1456 {
1457         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
1458         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
1459         struct request *next_rq, *prev;
1460         unsigned int old_wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
1461         bool interactive = false;
1462
1463         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "add_request %d", rq_is_sync(rq));
1464         bfqq->queued[rq_is_sync(rq)]++;
1465         bfqd->queued++;
1466
1467         elv_rb_add(&bfqq->sort_list, rq);
1468
1469         /*
1470          * Check if this request is a better next-serve candidate.
1471          */
1472         prev = bfqq->next_rq;
1473         next_rq = bfq_choose_req(bfqd, bfqq->next_rq, rq, bfqd->last_position);
1474         bfqq->next_rq = next_rq;
1475
1476         /*
1477          * Adjust priority tree position, if next_rq changes.
1478          */
1479         if (prev != bfqq->next_rq)
1480                 bfq_pos_tree_add_move(bfqd, bfqq);
1481
1482         if (!bfq_bfqq_busy(bfqq)) /* switching to busy ... */
1483                 bfq_bfqq_handle_idle_busy_switch(bfqd, bfqq, old_wr_coeff,
1484                                                  rq, &interactive);
1485         else {
1486                 if (bfqd->low_latency && old_wr_coeff == 1 && !rq_is_sync(rq) &&
1487                     time_is_before_jiffies(
1488                                 bfqq->last_wr_start_finish +
1489                                 bfqd->bfq_wr_min_inter_arr_async)) {
1490                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
1491                         bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
1492
1493                         bfqd->wr_busy_queues++;
1494                         bfqq->entity.prio_changed = 1;
1495                 }
1496                 if (prev != bfqq->next_rq)
1497                         bfq_updated_next_req(bfqd, bfqq);
1498         }
1499
1500         /*
1501          * Assign jiffies to last_wr_start_finish in the following
1502          * cases:
1503          *
1504          * . if bfqq is not going to be weight-raised, because, for
1505          *   non weight-raised queues, last_wr_start_finish stores the
1506          *   arrival time of the last request; as of now, this piece
1507          *   of information is used only for deciding whether to
1508          *   weight-raise async queues
1509          *
1510          * . if bfqq is not weight-raised, because, if bfqq is now
1511          *   switching to weight-raised, then last_wr_start_finish
1512          *   stores the time when weight-raising starts
1513          *
1514          * . if bfqq is interactive, because, regardless of whether
1515          *   bfqq is currently weight-raised, the weight-raising
1516          *   period must start or restart (this case is considered
1517          *   separately because it is not detected by the above
1518          *   conditions, if bfqq is already weight-raised)
1519          *
1520          * last_wr_start_finish has to be updated also if bfqq is soft
1521          * real-time, because the weight-raising period is constantly
1522          * restarted on idle-to-busy transitions for these queues, but
1523          * this is already done in bfq_bfqq_handle_idle_busy_switch if
1524          * needed.
1525          */
1526         if (bfqd->low_latency &&
1527                 (old_wr_coeff == 1 || bfqq->wr_coeff == 1 || interactive))
1528                 bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
1529 }
1530
1531 static struct request *bfq_find_rq_fmerge(struct bfq_data *bfqd,
1532                                           struct bio *bio,
1533                                           struct request_queue *q)
1534 {
1535         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->bio_bfqq;
1536
1537
1538         if (bfqq)
1539                 return elv_rb_find(&bfqq->sort_list, bio_end_sector(bio));
1540
1541         return NULL;
1542 }
1543
1544 static sector_t get_sdist(sector_t last_pos, struct request *rq)
1545 {
1546         if (last_pos)
1547                 return abs(blk_rq_pos(rq) - last_pos);
1548
1549         return 0;
1550 }
1551
1552 #if 0 /* Still not clear if we can do without next two functions */
1553 static void bfq_activate_request(struct request_queue *q, struct request *rq)
1554 {
1555         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
1556
1557         bfqd->rq_in_driver++;
1558 }
1559
1560 static void bfq_deactivate_request(struct request_queue *q, struct request *rq)
1561 {
1562         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
1563
1564         bfqd->rq_in_driver--;
1565 }
1566 #endif
1567
1568 static void bfq_remove_request(struct request_queue *q,
1569                                struct request *rq)
1570 {
1571         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
1572         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
1573         const int sync = rq_is_sync(rq);
1574
1575         if (bfqq->next_rq == rq) {
1576                 bfqq->next_rq = bfq_find_next_rq(bfqd, bfqq, rq);
1577                 bfq_updated_next_req(bfqd, bfqq);
1578         }
1579
1580         if (rq->queuelist.prev != &rq->queuelist)
1581                 list_del_init(&rq->queuelist);
1582         bfqq->queued[sync]--;
1583         bfqd->queued--;
1584         elv_rb_del(&bfqq->sort_list, rq);
1585
1586         elv_rqhash_del(q, rq);
1587         if (q->last_merge == rq)
1588                 q->last_merge = NULL;
1589
1590         if (RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list)) {
1591                 bfqq->next_rq = NULL;
1592
1593                 if (bfq_bfqq_busy(bfqq) && bfqq != bfqd->in_service_queue) {
1594                         bfq_del_bfqq_busy(bfqd, bfqq, false);
1595                         /*
1596                          * bfqq emptied. In normal operation, when
1597                          * bfqq is empty, bfqq->entity.service and
1598                          * bfqq->entity.budget must contain,
1599                          * respectively, the service received and the
1600                          * budget used last time bfqq emptied. These
1601                          * facts do not hold in this case, as at least
1602                          * this last removal occurred while bfqq is
1603                          * not in service. To avoid inconsistencies,
1604                          * reset both bfqq->entity.service and
1605                          * bfqq->entity.budget, if bfqq has still a
1606                          * process that may issue I/O requests to it.
1607                          */
1608                         bfqq->entity.budget = bfqq->entity.service = 0;
1609                 }
1610
1611                 /*
1612                  * Remove queue from request-position tree as it is empty.
1613                  */
1614                 if (bfqq->pos_root) {
1615                         rb_erase(&bfqq->pos_node, bfqq->pos_root);
1616                         bfqq->pos_root = NULL;
1617                 }
1618         }
1619
1620         if (rq->cmd_flags & REQ_META)
1621                 bfqq->meta_pending--;
1622
1623         bfqg_stats_update_io_remove(bfqq_group(bfqq), rq->cmd_flags);
1624 }
1625
1626 static bool bfq_bio_merge(struct blk_mq_hw_ctx *hctx, struct bio *bio)
1627 {
1628         struct request_queue *q = hctx->queue;
1629         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
1630         struct request *free = NULL;
1631         /*
1632          * bfq_bic_lookup grabs the queue_lock: invoke it now and
1633          * store its return value for later use, to avoid nesting
1634          * queue_lock inside the bfqd->lock. We assume that the bic
1635          * returned by bfq_bic_lookup does not go away before
1636          * bfqd->lock is taken.
1637          */
1638         struct bfq_io_cq *bic = bfq_bic_lookup(bfqd, current->io_context, q);
1639         bool ret;
1640
1641         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
1642
1643         if (bic)
1644                 bfqd->bio_bfqq = bic_to_bfqq(bic, op_is_sync(bio->bi_opf));
1645         else
1646                 bfqd->bio_bfqq = NULL;
1647         bfqd->bio_bic = bic;
1648
1649         ret = blk_mq_sched_try_merge(q, bio, &free);
1650
1651         if (free)
1652                 blk_mq_free_request(free);
1653         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
1654
1655         return ret;
1656 }
1657
1658 static int bfq_request_merge(struct request_queue *q, struct request **req,
1659                              struct bio *bio)
1660 {
1661         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
1662         struct request *__rq;
1663
1664         __rq = bfq_find_rq_fmerge(bfqd, bio, q);
1665         if (__rq && elv_bio_merge_ok(__rq, bio)) {
1666                 *req = __rq;
1667                 return ELEVATOR_FRONT_MERGE;
1668         }
1669
1670         return ELEVATOR_NO_MERGE;
1671 }
1672
1673 static void bfq_request_merged(struct request_queue *q, struct request *req,
1674                                enum elv_merge type)
1675 {
1676         if (type == ELEVATOR_FRONT_MERGE &&
1677             rb_prev(&req->rb_node) &&
1678             blk_rq_pos(req) <
1679             blk_rq_pos(container_of(rb_prev(&req->rb_node),
1680                                     struct request, rb_node))) {
1681                 struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(req);
1682                 struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
1683                 struct request *prev, *next_rq;
1684
1685                 /* Reposition request in its sort_list */
1686                 elv_rb_del(&bfqq->sort_list, req);
1687                 elv_rb_add(&bfqq->sort_list, req);
1688
1689                 /* Choose next request to be served for bfqq */
1690                 prev = bfqq->next_rq;
1691                 next_rq = bfq_choose_req(bfqd, bfqq->next_rq, req,
1692                                          bfqd->last_position);
1693                 bfqq->next_rq = next_rq;
1694                 /*
1695                  * If next_rq changes, update both the queue's budget to
1696                  * fit the new request and the queue's position in its
1697                  * rq_pos_tree.
1698                  */
1699                 if (prev != bfqq->next_rq) {
1700                         bfq_updated_next_req(bfqd, bfqq);
1701                         bfq_pos_tree_add_move(bfqd, bfqq);
1702                 }
1703         }
1704 }
1705
1706 static void bfq_requests_merged(struct request_queue *q, struct request *rq,
1707                                 struct request *next)
1708 {
1709         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq), *next_bfqq = RQ_BFQQ(next);
1710
1711         if (!RB_EMPTY_NODE(&rq->rb_node))
1712                 goto end;
1713
1714         /*
1715          * If next and rq belong to the same bfq_queue and next is older
1716          * than rq, then reposition rq in the fifo (by substituting next
1717          * with rq). Otherwise, if next and rq belong to different
1718          * bfq_queues, never reposition rq: in fact, we would have to
1719          * reposition it with respect to next's position in its own fifo,
1720          * which would most certainly be too expensive with respect to
1721          * the benefits.
1722          */
1723         if (bfqq == next_bfqq &&
1724             !list_empty(&rq->queuelist) && !list_empty(&next->queuelist) &&
1725             next->fifo_time < rq->fifo_time) {
1726                 list_del_init(&rq->queuelist);
1727                 list_replace_init(&next->queuelist, &rq->queuelist);
1728                 rq->fifo_time = next->fifo_time;
1729         }
1730
1731         if (bfqq->next_rq == next)
1732                 bfqq->next_rq = rq;
1733
1734         bfq_remove_request(q, next);
1735
1736 end:
1737         bfqg_stats_update_io_merged(bfqq_group(bfqq), next->cmd_flags);
1738 }
1739
1740 /* Must be called with bfqq != NULL */
1741 static void bfq_bfqq_end_wr(struct bfq_queue *bfqq)
1742 {
1743         if (bfq_bfqq_busy(bfqq))
1744                 bfqq->bfqd->wr_busy_queues--;
1745         bfqq->wr_coeff = 1;
1746         bfqq->wr_cur_max_time = 0;
1747         bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
1748         /*
1749          * Trigger a weight change on the next invocation of
1750          * __bfq_entity_update_weight_prio.
1751          */
1752         bfqq->entity.prio_changed = 1;
1753 }
1754
1755 void bfq_end_wr_async_queues(struct bfq_data *bfqd,
1756                              struct bfq_group *bfqg)
1757 {
1758         int i, j;
1759
1760         for (i = 0; i < 2; i++)
1761                 for (j = 0; j < IOPRIO_BE_NR; j++)
1762                         if (bfqg->async_bfqq[i][j])
1763                                 bfq_bfqq_end_wr(bfqg->async_bfqq[i][j]);
1764         if (bfqg->async_idle_bfqq)
1765                 bfq_bfqq_end_wr(bfqg->async_idle_bfqq);
1766 }
1767
1768 static void bfq_end_wr(struct bfq_data *bfqd)
1769 {
1770         struct bfq_queue *bfqq;
1771
1772         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
1773
1774         list_for_each_entry(bfqq, &bfqd->active_list, bfqq_list)
1775                 bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
1776         list_for_each_entry(bfqq, &bfqd->idle_list, bfqq_list)
1777                 bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
1778         bfq_end_wr_async(bfqd);
1779
1780         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
1781 }
1782
1783 static sector_t bfq_io_struct_pos(void *io_struct, bool request)
1784 {
1785         if (request)
1786                 return blk_rq_pos(io_struct);
1787         else
1788                 return ((struct bio *)io_struct)->bi_iter.bi_sector;
1789 }
1790
1791 static int bfq_rq_close_to_sector(void *io_struct, bool request,
1792                                   sector_t sector)
1793 {
1794         return abs(bfq_io_struct_pos(io_struct, request) - sector) <=
1795                BFQQ_CLOSE_THR;
1796 }
1797
1798 static struct bfq_queue *bfqq_find_close(struct bfq_data *bfqd,
1799                                          struct bfq_queue *bfqq,
1800                                          sector_t sector)
1801 {
1802         struct rb_root *root = &bfq_bfqq_to_bfqg(bfqq)->rq_pos_tree;
1803         struct rb_node *parent, *node;
1804         struct bfq_queue *__bfqq;
1805
1806         if (RB_EMPTY_ROOT(root))
1807                 return NULL;
1808
1809         /*
1810          * First, if we find a request starting at the end of the last
1811          * request, choose it.
1812          */
1813         __bfqq = bfq_rq_pos_tree_lookup(bfqd, root, sector, &parent, NULL);
1814         if (__bfqq)
1815                 return __bfqq;
1816
1817         /*
1818          * If the exact sector wasn't found, the parent of the NULL leaf
1819          * will contain the closest sector (rq_pos_tree sorted by
1820          * next_request position).
1821          */
1822         __bfqq = rb_entry(parent, struct bfq_queue, pos_node);
1823         if (bfq_rq_close_to_sector(__bfqq->next_rq, true, sector))
1824                 return __bfqq;
1825
1826         if (blk_rq_pos(__bfqq->next_rq) < sector)
1827                 node = rb_next(&__bfqq->pos_node);
1828         else
1829                 node = rb_prev(&__bfqq->pos_node);
1830         if (!node)
1831                 return NULL;
1832
1833         __bfqq = rb_entry(node, struct bfq_queue, pos_node);
1834         if (bfq_rq_close_to_sector(__bfqq->next_rq, true, sector))
1835                 return __bfqq;
1836
1837         return NULL;
1838 }
1839
1840 static struct bfq_queue *bfq_find_close_cooperator(struct bfq_data *bfqd,
1841                                                    struct bfq_queue *cur_bfqq,
1842                                                    sector_t sector)
1843 {
1844         struct bfq_queue *bfqq;
1845
1846         /*
1847          * We shall notice if some of the queues are cooperating,
1848          * e.g., working closely on the same area of the device. In
1849          * that case, we can group them together and: 1) don't waste
1850          * time idling, and 2) serve the union of their requests in
1851          * the best possible order for throughput.
1852          */
1853         bfqq = bfqq_find_close(bfqd, cur_bfqq, sector);
1854         if (!bfqq || bfqq == cur_bfqq)
1855                 return NULL;
1856
1857         return bfqq;
1858 }
1859
1860 static struct bfq_queue *
1861 bfq_setup_merge(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_queue *new_bfqq)
1862 {
1863         int process_refs, new_process_refs;
1864         struct bfq_queue *__bfqq;
1865
1866         /*
1867          * If there are no process references on the new_bfqq, then it is
1868          * unsafe to follow the ->new_bfqq chain as other bfqq's in the chain
1869          * may have dropped their last reference (not just their last process
1870          * reference).
1871          */
1872         if (!bfqq_process_refs(new_bfqq))
1873                 return NULL;
1874
1875         /* Avoid a circular list and skip interim queue merges. */
1876         while ((__bfqq = new_bfqq->new_bfqq)) {
1877                 if (__bfqq == bfqq)
1878                         return NULL;
1879                 new_bfqq = __bfqq;
1880         }
1881
1882         process_refs = bfqq_process_refs(bfqq);
1883         new_process_refs = bfqq_process_refs(new_bfqq);
1884         /*
1885          * If the process for the bfqq has gone away, there is no
1886          * sense in merging the queues.
1887          */
1888         if (process_refs == 0 || new_process_refs == 0)
1889                 return NULL;
1890
1891         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "scheduling merge with queue %d",
1892                 new_bfqq->pid);
1893
1894         /*
1895          * Merging is just a redirection: the requests of the process
1896          * owning one of the two queues are redirected to the other queue.
1897          * The latter queue, in its turn, is set as shared if this is the
1898          * first time that the requests of some process are redirected to
1899          * it.
1900          *
1901          * We redirect bfqq to new_bfqq and not the opposite, because
1902          * we are in the context of the process owning bfqq, thus we
1903          * have the io_cq of this process. So we can immediately
1904          * configure this io_cq to redirect the requests of the
1905          * process to new_bfqq. In contrast, the io_cq of new_bfqq is
1906          * not available any more (new_bfqq->bic == NULL).
1907          *
1908          * Anyway, even in case new_bfqq coincides with the in-service
1909          * queue, redirecting requests the in-service queue is the
1910          * best option, as we feed the in-service queue with new
1911          * requests close to the last request served and, by doing so,
1912          * are likely to increase the throughput.
1913          */
1914         bfqq->new_bfqq = new_bfqq;
1915         new_bfqq->ref += process_refs;
1916         return new_bfqq;
1917 }
1918
1919 static bool bfq_may_be_close_cooperator(struct bfq_queue *bfqq,
1920                                         struct bfq_queue *new_bfqq)
1921 {
1922         if (bfq_class_idle(bfqq) || bfq_class_idle(new_bfqq) ||
1923             (bfqq->ioprio_class != new_bfqq->ioprio_class))
1924                 return false;
1925
1926         /*
1927          * If either of the queues has already been detected as seeky,
1928          * then merging it with the other queue is unlikely to lead to
1929          * sequential I/O.
1930          */
1931         if (BFQQ_SEEKY(bfqq) || BFQQ_SEEKY(new_bfqq))
1932                 return false;
1933
1934         /*
1935          * Interleaved I/O is known to be done by (some) applications
1936          * only for reads, so it does not make sense to merge async
1937          * queues.
1938          */
1939         if (!bfq_bfqq_sync(bfqq) || !bfq_bfqq_sync(new_bfqq))
1940                 return false;
1941
1942         return true;
1943 }
1944
1945 /*
1946  * If this function returns true, then bfqq cannot be merged. The idea
1947  * is that true cooperation happens very early after processes start
1948  * to do I/O. Usually, late cooperations are just accidental false
1949  * positives. In case bfqq is weight-raised, such false positives
1950  * would evidently degrade latency guarantees for bfqq.
1951  */
1952 static bool wr_from_too_long(struct bfq_queue *bfqq)
1953 {
1954         return bfqq->wr_coeff > 1 &&
1955                 time_is_before_jiffies(bfqq->last_wr_start_finish +
1956                                        msecs_to_jiffies(100));
1957 }
1958
1959 /*
1960  * Attempt to schedule a merge of bfqq with the currently in-service
1961  * queue or with a close queue among the scheduled queues.  Return
1962  * NULL if no merge was scheduled, a pointer to the shared bfq_queue
1963  * structure otherwise.
1964  *
1965  * The OOM queue is not allowed to participate to cooperation: in fact, since
1966  * the requests temporarily redirected to the OOM queue could be redirected
1967  * again to dedicated queues at any time, the state needed to correctly
1968  * handle merging with the OOM queue would be quite complex and expensive
1969  * to maintain. Besides, in such a critical condition as an out of memory,
1970  * the benefits of queue merging may be little relevant, or even negligible.
1971  *
1972  * Weight-raised queues can be merged only if their weight-raising
1973  * period has just started. In fact cooperating processes are usually
1974  * started together. Thus, with this filter we avoid false positives
1975  * that would jeopardize low-latency guarantees.
1976  *
1977  * WARNING: queue merging may impair fairness among non-weight raised
1978  * queues, for at least two reasons: 1) the original weight of a
1979  * merged queue may change during the merged state, 2) even being the
1980  * weight the same, a merged queue may be bloated with many more
1981  * requests than the ones produced by its originally-associated
1982  * process.
1983  */
1984 static struct bfq_queue *
1985 bfq_setup_cooperator(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
1986                      void *io_struct, bool request)
1987 {
1988         struct bfq_queue *in_service_bfqq, *new_bfqq;
1989
1990         if (bfqq->new_bfqq)
1991                 return bfqq->new_bfqq;
1992
1993         if (!io_struct ||
1994             wr_from_too_long(bfqq) ||
1995             unlikely(bfqq == &bfqd->oom_bfqq))
1996                 return NULL;
1997
1998         /* If there is only one backlogged queue, don't search. */
1999         if (bfqd->busy_queues == 1)
2000                 return NULL;
2001
2002         in_service_bfqq = bfqd->in_service_queue;
2003
2004         if (!in_service_bfqq || in_service_bfqq == bfqq
2005             || wr_from_too_long(in_service_bfqq) ||
2006             unlikely(in_service_bfqq == &bfqd->oom_bfqq))
2007                 goto check_scheduled;
2008
2009         if (bfq_rq_close_to_sector(io_struct, request, bfqd->last_position) &&
2010             bfqq->entity.parent == in_service_bfqq->entity.parent &&
2011             bfq_may_be_close_cooperator(bfqq, in_service_bfqq)) {
2012                 new_bfqq = bfq_setup_merge(bfqq, in_service_bfqq);
2013                 if (new_bfqq)
2014                         return new_bfqq;
2015         }
2016         /*
2017          * Check whether there is a cooperator among currently scheduled
2018          * queues. The only thing we need is that the bio/request is not
2019          * NULL, as we need it to establish whether a cooperator exists.
2020          */
2021 check_scheduled:
2022         new_bfqq = bfq_find_close_cooperator(bfqd, bfqq,
2023                         bfq_io_struct_pos(io_struct, request));
2024
2025         if (new_bfqq && !wr_from_too_long(new_bfqq) &&
2026             likely(new_bfqq != &bfqd->oom_bfqq) &&
2027             bfq_may_be_close_cooperator(bfqq, new_bfqq))
2028                 return bfq_setup_merge(bfqq, new_bfqq);
2029
2030         return NULL;
2031 }
2032
2033 static void bfq_bfqq_save_state(struct bfq_queue *bfqq)
2034 {
2035         struct bfq_io_cq *bic = bfqq->bic;
2036
2037         /*
2038          * If !bfqq->bic, the queue is already shared or its requests
2039          * have already been redirected to a shared queue; both idle window
2040          * and weight raising state have already been saved. Do nothing.
2041          */
2042         if (!bic)
2043                 return;
2044
2045         bic->saved_ttime = bfqq->ttime;
2046         bic->saved_has_short_ttime = bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
2047         bic->saved_IO_bound = bfq_bfqq_IO_bound(bfqq);
2048         bic->saved_in_large_burst = bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq);
2049         bic->was_in_burst_list = !hlist_unhashed(&bfqq->burst_list_node);
2050         bic->saved_wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
2051         bic->saved_wr_start_at_switch_to_srt = bfqq->wr_start_at_switch_to_srt;
2052         bic->saved_last_wr_start_finish = bfqq->last_wr_start_finish;
2053         bic->saved_wr_cur_max_time = bfqq->wr_cur_max_time;
2054 }
2055
2056 static void
2057 bfq_merge_bfqqs(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_io_cq *bic,
2058                 struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_queue *new_bfqq)
2059 {
2060         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "merging with queue %lu",
2061                 (unsigned long)new_bfqq->pid);
2062         /* Save weight raising and idle window of the merged queues */
2063         bfq_bfqq_save_state(bfqq);
2064         bfq_bfqq_save_state(new_bfqq);
2065         if (bfq_bfqq_IO_bound(bfqq))
2066                 bfq_mark_bfqq_IO_bound(new_bfqq);
2067         bfq_clear_bfqq_IO_bound(bfqq);
2068
2069         /*
2070          * If bfqq is weight-raised, then let new_bfqq inherit
2071          * weight-raising. To reduce false positives, neglect the case
2072          * where bfqq has just been created, but has not yet made it
2073          * to be weight-raised (which may happen because EQM may merge
2074          * bfqq even before bfq_add_request is executed for the first
2075          * time for bfqq). Handling this case would however be very
2076          * easy, thanks to the flag just_created.
2077          */
2078         if (new_bfqq->wr_coeff == 1 && bfqq->wr_coeff > 1) {
2079                 new_bfqq->wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
2080                 new_bfqq->wr_cur_max_time = bfqq->wr_cur_max_time;
2081                 new_bfqq->last_wr_start_finish = bfqq->last_wr_start_finish;
2082                 new_bfqq->wr_start_at_switch_to_srt =
2083                         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt;
2084                 if (bfq_bfqq_busy(new_bfqq))
2085                         bfqd->wr_busy_queues++;
2086                 new_bfqq->entity.prio_changed = 1;
2087         }
2088
2089         if (bfqq->wr_coeff > 1) { /* bfqq has given its wr to new_bfqq */
2090                 bfqq->wr_coeff = 1;
2091                 bfqq->entity.prio_changed = 1;
2092                 if (bfq_bfqq_busy(bfqq))
2093                         bfqd->wr_busy_queues--;
2094         }
2095
2096         bfq_log_bfqq(bfqd, new_bfqq, "merge_bfqqs: wr_busy %d",
2097                      bfqd->wr_busy_queues);
2098
2099         /*
2100          * Merge queues (that is, let bic redirect its requests to new_bfqq)
2101          */
2102         bic_set_bfqq(bic, new_bfqq, 1);
2103         bfq_mark_bfqq_coop(new_bfqq);
2104         /*
2105          * new_bfqq now belongs to at least two bics (it is a shared queue):
2106          * set new_bfqq->bic to NULL. bfqq either:
2107          * - does not belong to any bic any more, and hence bfqq->bic must
2108          *   be set to NULL, or
2109          * - is a queue whose owning bics have already been redirected to a
2110          *   different queue, hence the queue is destined to not belong to
2111          *   any bic soon and bfqq->bic is already NULL (therefore the next
2112          *   assignment causes no harm).
2113          */
2114         new_bfqq->bic = NULL;
2115         bfqq->bic = NULL;
2116         /* release process reference to bfqq */
2117         bfq_put_queue(bfqq);
2118 }
2119
2120 static bool bfq_allow_bio_merge(struct request_queue *q, struct request *rq,
2121                                 struct bio *bio)
2122 {
2123         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
2124         bool is_sync = op_is_sync(bio->bi_opf);
2125         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->bio_bfqq, *new_bfqq;
2126
2127         /*
2128          * Disallow merge of a sync bio into an async request.
2129          */
2130         if (is_sync && !rq_is_sync(rq))
2131                 return false;
2132
2133         /*
2134          * Lookup the bfqq that this bio will be queued with. Allow
2135          * merge only if rq is queued there.
2136          */
2137         if (!bfqq)
2138                 return false;
2139
2140         /*
2141          * We take advantage of this function to perform an early merge
2142          * of the queues of possible cooperating processes.
2143          */
2144         new_bfqq = bfq_setup_cooperator(bfqd, bfqq, bio, false);
2145         if (new_bfqq) {
2146                 /*
2147                  * bic still points to bfqq, then it has not yet been
2148                  * redirected to some other bfq_queue, and a queue
2149                  * merge beween bfqq and new_bfqq can be safely
2150                  * fulfillled, i.e., bic can be redirected to new_bfqq
2151                  * and bfqq can be put.
2152                  */
2153                 bfq_merge_bfqqs(bfqd, bfqd->bio_bic, bfqq,
2154                                 new_bfqq);
2155                 /*
2156                  * If we get here, bio will be queued into new_queue,
2157                  * so use new_bfqq to decide whether bio and rq can be
2158                  * merged.
2159                  */
2160                 bfqq = new_bfqq;
2161
2162                 /*
2163                  * Change also bqfd->bio_bfqq, as
2164                  * bfqd->bio_bic now points to new_bfqq, and
2165                  * this function may be invoked again (and then may
2166                  * use again bqfd->bio_bfqq).
2167                  */
2168                 bfqd->bio_bfqq = bfqq;
2169         }
2170
2171         return bfqq == RQ_BFQQ(rq);
2172 }
2173
2174 /*
2175  * Set the maximum time for the in-service queue to consume its
2176  * budget. This prevents seeky processes from lowering the throughput.
2177  * In practice, a time-slice service scheme is used with seeky
2178  * processes.
2179  */
2180 static void bfq_set_budget_timeout(struct bfq_data *bfqd,
2181                                    struct bfq_queue *bfqq)
2182 {
2183         unsigned int timeout_coeff;
2184
2185         if (bfqq->wr_cur_max_time == bfqd->bfq_wr_rt_max_time)
2186                 timeout_coeff = 1;
2187         else
2188                 timeout_coeff = bfqq->entity.weight / bfqq->entity.orig_weight;
2189
2190         bfqd->last_budget_start = ktime_get();
2191
2192         bfqq->budget_timeout = jiffies +
2193                 bfqd->bfq_timeout * timeout_coeff;
2194 }
2195
2196 static void __bfq_set_in_service_queue(struct bfq_data *bfqd,
2197                                        struct bfq_queue *bfqq)
2198 {
2199         if (bfqq) {
2200                 bfqg_stats_update_avg_queue_size(bfqq_group(bfqq));
2201                 bfq_clear_bfqq_fifo_expire(bfqq);
2202
2203                 bfqd->budgets_assigned = (bfqd->budgets_assigned * 7 + 256) / 8;
2204
2205                 if (time_is_before_jiffies(bfqq->last_wr_start_finish) &&
2206                     bfqq->wr_coeff > 1 &&
2207                     bfqq->wr_cur_max_time == bfqd->bfq_wr_rt_max_time &&
2208                     time_is_before_jiffies(bfqq->budget_timeout)) {
2209                         /*
2210                          * For soft real-time queues, move the start
2211                          * of the weight-raising period forward by the
2212                          * time the queue has not received any
2213                          * service. Otherwise, a relatively long
2214                          * service delay is likely to cause the
2215                          * weight-raising period of the queue to end,
2216                          * because of the short duration of the
2217                          * weight-raising period of a soft real-time
2218                          * queue.  It is worth noting that this move
2219                          * is not so dangerous for the other queues,
2220                          * because soft real-time queues are not
2221                          * greedy.
2222                          *
2223                          * To not add a further variable, we use the
2224                          * overloaded field budget_timeout to
2225                          * determine for how long the queue has not
2226                          * received service, i.e., how much time has
2227                          * elapsed since the queue expired. However,
2228                          * this is a little imprecise, because
2229                          * budget_timeout is set to jiffies if bfqq
2230                          * not only expires, but also remains with no
2231                          * request.
2232                          */
2233                         if (time_after(bfqq->budget_timeout,
2234                                        bfqq->last_wr_start_finish))
2235                                 bfqq->last_wr_start_finish +=
2236                                         jiffies - bfqq->budget_timeout;
2237                         else
2238                                 bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
2239                 }
2240
2241                 bfq_set_budget_timeout(bfqd, bfqq);
2242                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq,
2243                              "set_in_service_queue, cur-budget = %d",
2244                              bfqq->entity.budget);
2245         }
2246
2247         bfqd->in_service_queue = bfqq;
2248 }
2249
2250 /*
2251  * Get and set a new queue for service.
2252  */
2253 static struct bfq_queue *bfq_set_in_service_queue(struct bfq_data *bfqd)
2254 {
2255         struct bfq_queue *bfqq = bfq_get_next_queue(bfqd);
2256
2257         __bfq_set_in_service_queue(bfqd, bfqq);
2258         return bfqq;
2259 }
2260
2261 static void bfq_arm_slice_timer(struct bfq_data *bfqd)
2262 {
2263         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->in_service_queue;
2264         u32 sl;
2265
2266         bfq_mark_bfqq_wait_request(bfqq);
2267
2268         /*
2269          * We don't want to idle for seeks, but we do want to allow
2270          * fair distribution of slice time for a process doing back-to-back
2271          * seeks. So allow a little bit of time for him to submit a new rq.
2272          */
2273         sl = bfqd->bfq_slice_idle;
2274         /*
2275          * Unless the queue is being weight-raised or the scenario is
2276          * asymmetric, grant only minimum idle time if the queue
2277          * is seeky. A long idling is preserved for a weight-raised
2278          * queue, or, more in general, in an asymmetric scenario,
2279          * because a long idling is needed for guaranteeing to a queue
2280          * its reserved share of the throughput (in particular, it is
2281          * needed if the queue has a higher weight than some other
2282          * queue).
2283          */
2284         if (BFQQ_SEEKY(bfqq) && bfqq->wr_coeff == 1 &&
2285             bfq_symmetric_scenario(bfqd))
2286                 sl = min_t(u64, sl, BFQ_MIN_TT);
2287         else if (bfqq->wr_coeff > 1)
2288                 sl = max_t(u32, sl, 20ULL * NSEC_PER_MSEC);
2289
2290         bfqd->last_idling_start = ktime_get();
2291         hrtimer_start(&bfqd->idle_slice_timer, ns_to_ktime(sl),
2292                       HRTIMER_MODE_REL);
2293         bfqg_stats_set_start_idle_time(bfqq_group(bfqq));
2294 }
2295
2296 /*
2297  * In autotuning mode, max_budget is dynamically recomputed as the
2298  * amount of sectors transferred in timeout at the estimated peak
2299  * rate. This enables BFQ to utilize a full timeslice with a full
2300  * budget, even if the in-service queue is served at peak rate. And
2301  * this maximises throughput with sequential workloads.
2302  */
2303 static unsigned long bfq_calc_max_budget(struct bfq_data *bfqd)
2304 {
2305         return (u64)bfqd->peak_rate * USEC_PER_MSEC *
2306                 jiffies_to_msecs(bfqd->bfq_timeout)>>BFQ_RATE_SHIFT;
2307 }
2308
2309 /*
2310  * Update parameters related to throughput and responsiveness, as a
2311  * function of the estimated peak rate. See comments on
2312  * bfq_calc_max_budget(), and on T_slow and T_fast arrays.
2313  */
2314 static void update_thr_responsiveness_params(struct bfq_data *bfqd)
2315 {
2316         int dev_type = blk_queue_nonrot(bfqd->queue);
2317
2318         if (bfqd->bfq_user_max_budget == 0)
2319                 bfqd->bfq_max_budget =
2320                         bfq_calc_max_budget(bfqd);
2321
2322         if (bfqd->device_speed == BFQ_BFQD_FAST &&
2323             bfqd->peak_rate < device_speed_thresh[dev_type]) {
2324                 bfqd->device_speed = BFQ_BFQD_SLOW;
2325                 bfqd->RT_prod = R_slow[dev_type] *
2326                         T_slow[dev_type];
2327         } else if (bfqd->device_speed == BFQ_BFQD_SLOW &&
2328                    bfqd->peak_rate > device_speed_thresh[dev_type]) {
2329                 bfqd->device_speed = BFQ_BFQD_FAST;
2330                 bfqd->RT_prod = R_fast[dev_type] *
2331                         T_fast[dev_type];
2332         }
2333
2334         bfq_log(bfqd,
2335 "dev_type %s dev_speed_class = %s (%llu sects/sec), thresh %llu setcs/sec",
2336                 dev_type == 0 ? "ROT" : "NONROT",
2337                 bfqd->device_speed == BFQ_BFQD_FAST ? "FAST" : "SLOW",
2338                 bfqd->device_speed == BFQ_BFQD_FAST ?
2339                 (USEC_PER_SEC*(u64)R_fast[dev_type])>>BFQ_RATE_SHIFT :
2340                 (USEC_PER_SEC*(u64)R_slow[dev_type])>>BFQ_RATE_SHIFT,
2341                 (USEC_PER_SEC*(u64)device_speed_thresh[dev_type])>>
2342                 BFQ_RATE_SHIFT);
2343 }
2344
2345 static void bfq_reset_rate_computation(struct bfq_data *bfqd,
2346                                        struct request *rq)
2347 {
2348         if (rq != NULL) { /* new rq dispatch now, reset accordingly */
2349                 bfqd->last_dispatch = bfqd->first_dispatch = ktime_get_ns();
2350                 bfqd->peak_rate_samples = 1;
2351                 bfqd->sequential_samples = 0;
2352                 bfqd->tot_sectors_dispatched = bfqd->last_rq_max_size =
2353                         blk_rq_sectors(rq);
2354         } else /* no new rq dispatched, just reset the number of samples */
2355                 bfqd->peak_rate_samples = 0; /* full re-init on next disp. */
2356
2357         bfq_log(bfqd,
2358                 "reset_rate_computation at end, sample %u/%u tot_sects %llu",
2359                 bfqd->peak_rate_samples, bfqd->sequential_samples,
2360                 bfqd->tot_sectors_dispatched);
2361 }
2362
2363 static void bfq_update_rate_reset(struct bfq_data *bfqd, struct request *rq)
2364 {
2365         u32 rate, weight, divisor;
2366
2367         /*
2368          * For the convergence property to hold (see comments on
2369          * bfq_update_peak_rate()) and for the assessment to be
2370          * reliable, a minimum number of samples must be present, and
2371          * a minimum amount of time must have elapsed. If not so, do
2372          * not compute new rate. Just reset parameters, to get ready
2373          * for a new evaluation attempt.
2374          */
2375         if (bfqd->peak_rate_samples < BFQ_RATE_MIN_SAMPLES ||
2376             bfqd->delta_from_first < BFQ_RATE_MIN_INTERVAL)
2377                 goto reset_computation;
2378
2379         /*
2380          * If a new request completion has occurred after last
2381          * dispatch, then, to approximate the rate at which requests
2382          * have been served by the device, it is more precise to
2383          * extend the observation interval to the last completion.
2384          */
2385         bfqd->delta_from_first =
2386                 max_t(u64, bfqd->delta_from_first,
2387                       bfqd->last_completion - bfqd->first_dispatch);
2388
2389         /*
2390          * Rate computed in sects/usec, and not sects/nsec, for
2391          * precision issues.
2392          */
2393         rate = div64_ul(bfqd->tot_sectors_dispatched<<BFQ_RATE_SHIFT,
2394                         div_u64(bfqd->delta_from_first, NSEC_PER_USEC));
2395
2396         /*
2397          * Peak rate not updated if:
2398          * - the percentage of sequential dispatches is below 3/4 of the
2399          *   total, and rate is below the current estimated peak rate
2400          * - rate is unreasonably high (> 20M sectors/sec)
2401          */
2402         if ((bfqd->sequential_samples < (3 * bfqd->peak_rate_samples)>>2 &&
2403              rate <= bfqd->peak_rate) ||
2404                 rate > 20<<BFQ_RATE_SHIFT)
2405                 goto reset_computation;
2406
2407         /*
2408          * We have to update the peak rate, at last! To this purpose,
2409          * we use a low-pass filter. We compute the smoothing constant
2410          * of the filter as a function of the 'weight' of the new
2411          * measured rate.
2412          *
2413          * As can be seen in next formulas, we define this weight as a
2414          * quantity proportional to how sequential the workload is,
2415          * and to how long the observation time interval is.
2416          *
2417          * The weight runs from 0 to 8. The maximum value of the
2418          * weight, 8, yields the minimum value for the smoothing
2419          * constant. At this minimum value for the smoothing constant,
2420          * the measured rate contributes for half of the next value of
2421          * the estimated peak rate.
2422          *
2423          * So, the first step is to compute the weight as a function
2424          * of how sequential the workload is. Note that the weight
2425          * cannot reach 9, because bfqd->sequential_samples cannot
2426          * become equal to bfqd->peak_rate_samples, which, in its
2427          * turn, holds true because bfqd->sequential_samples is not
2428          * incremented for the first sample.
2429          */
2430         weight = (9 * bfqd->sequential_samples) / bfqd->peak_rate_samples;
2431
2432         /*
2433          * Second step: further refine the weight as a function of the
2434          * duration of the observation interval.
2435          */
2436         weight = min_t(u32, 8,
2437                        div_u64(weight * bfqd->delta_from_first,
2438                                BFQ_RATE_REF_INTERVAL));
2439
2440         /*
2441          * Divisor ranging from 10, for minimum weight, to 2, for
2442          * maximum weight.
2443          */
2444         divisor = 10 - weight;
2445
2446         /*
2447          * Finally, update peak rate:
2448          *
2449          * peak_rate = peak_rate * (divisor-1) / divisor  +  rate / divisor
2450          */
2451         bfqd->peak_rate *= divisor-1;
2452         bfqd->peak_rate /= divisor;
2453         rate /= divisor; /* smoothing constant alpha = 1/divisor */
2454
2455         bfqd->peak_rate += rate;
2456         update_thr_responsiveness_params(bfqd);
2457
2458 reset_computation:
2459         bfq_reset_rate_computation(bfqd, rq);
2460 }
2461
2462 /*
2463  * Update the read/write peak rate (the main quantity used for
2464  * auto-tuning, see update_thr_responsiveness_params()).
2465  *
2466  * It is not trivial to estimate the peak rate (correctly): because of
2467  * the presence of sw and hw queues between the scheduler and the
2468  * device components that finally serve I/O requests, it is hard to
2469  * say exactly when a given dispatched request is served inside the
2470  * device, and for how long. As a consequence, it is hard to know
2471  * precisely at what rate a given set of requests is actually served
2472  * by the device.
2473  *
2474  * On the opposite end, the dispatch time of any request is trivially
2475  * available, and, from this piece of information, the "dispatch rate"
2476  * of requests can be immediately computed. So, the idea in the next
2477  * function is to use what is known, namely request dispatch times
2478  * (plus, when useful, request completion times), to estimate what is
2479  * unknown, namely in-device request service rate.
2480  *
2481  * The main issue is that, because of the above facts, the rate at
2482  * which a certain set of requests is dispatched over a certain time
2483  * interval can vary greatly with respect to the rate at which the
2484  * same requests are then served. But, since the size of any
2485  * intermediate queue is limited, and the service scheme is lossless
2486  * (no request is silently dropped), the following obvious convergence
2487  * property holds: the number of requests dispatched MUST become
2488  * closer and closer to the number of requests completed as the
2489  * observation interval grows. This is the key property used in
2490  * the next function to estimate the peak service rate as a function
2491  * of the observed dispatch rate. The function assumes to be invoked
2492  * on every request dispatch.
2493  */
2494 static void bfq_update_peak_rate(struct bfq_data *bfqd, struct request *rq)
2495 {
2496         u64 now_ns = ktime_get_ns();
2497
2498         if (bfqd->peak_rate_samples == 0) { /* first dispatch */
2499                 bfq_log(bfqd, "update_peak_rate: goto reset, samples %d",
2500                         bfqd->peak_rate_samples);
2501                 bfq_reset_rate_computation(bfqd, rq);
2502                 goto update_last_values; /* will add one sample */
2503         }
2504
2505         /*
2506          * Device idle for very long: the observation interval lasting
2507          * up to this dispatch cannot be a valid observation interval
2508          * for computing a new peak rate (similarly to the late-
2509          * completion event in bfq_completed_request()). Go to
2510          * update_rate_and_reset to have the following three steps
2511          * taken:
2512          * - close the observation interval at the last (previous)
2513          *   request dispatch or completion
2514          * - compute rate, if possible, for that observation interval
2515          * - start a new observation interval with this dispatch
2516          */
2517         if (now_ns - bfqd->last_dispatch > 100*NSEC_PER_MSEC &&
2518             bfqd->rq_in_driver == 0)
2519                 goto update_rate_and_reset;
2520
2521         /* Update sampling information */
2522         bfqd->peak_rate_samples++;
2523
2524         if ((bfqd->rq_in_driver > 0 ||
2525                 now_ns - bfqd->last_completion < BFQ_MIN_TT)
2526              && get_sdist(bfqd->last_position, rq) < BFQQ_SEEK_THR)
2527                 bfqd->sequential_samples++;
2528
2529         bfqd->tot_sectors_dispatched += blk_rq_sectors(rq);
2530
2531         /* Reset max observed rq size every 32 dispatches */
2532         if (likely(bfqd->peak_rate_samples % 32))
2533                 bfqd->last_rq_max_size =
2534                         max_t(u32, blk_rq_sectors(rq), bfqd->last_rq_max_size);
2535         else
2536                 bfqd->last_rq_max_size = blk_rq_sectors(rq);
2537
2538         bfqd->delta_from_first = now_ns - bfqd->first_dispatch;
2539
2540         /* Target observation interval not yet reached, go on sampling */
2541         if (bfqd->delta_from_first < BFQ_RATE_REF_INTERVAL)
2542                 goto update_last_values;
2543
2544 update_rate_and_reset:
2545         bfq_update_rate_reset(bfqd, rq);
2546 update_last_values:
2547         bfqd->last_position = blk_rq_pos(rq) + blk_rq_sectors(rq);
2548         bfqd->last_dispatch = now_ns;
2549 }
2550
2551 /*
2552  * Remove request from internal lists.
2553  */
2554 static void bfq_dispatch_remove(struct request_queue *q, struct request *rq)
2555 {
2556         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
2557
2558         /*
2559          * For consistency, the next instruction should have been
2560          * executed after removing the request from the queue and
2561          * dispatching it.  We execute instead this instruction before
2562          * bfq_remove_request() (and hence introduce a temporary
2563          * inconsistency), for efficiency.  In fact, should this
2564          * dispatch occur for a non in-service bfqq, this anticipated
2565          * increment prevents two counters related to bfqq->dispatched
2566          * from risking to be, first, uselessly decremented, and then
2567          * incremented again when the (new) value of bfqq->dispatched
2568          * happens to be taken into account.
2569          */
2570         bfqq->dispatched++;
2571         bfq_update_peak_rate(q->elevator->elevator_data, rq);
2572
2573         bfq_remove_request(q, rq);
2574 }
2575
2576 static void __bfq_bfqq_expire(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
2577 {
2578         /*
2579          * If this bfqq is shared between multiple processes, check
2580          * to make sure that those processes are still issuing I/Os
2581          * within the mean seek distance. If not, it may be time to
2582          * break the queues apart again.
2583          */
2584         if (bfq_bfqq_coop(bfqq) && BFQQ_SEEKY(bfqq))
2585                 bfq_mark_bfqq_split_coop(bfqq);
2586
2587         if (RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list)) {
2588                 if (bfqq->dispatched == 0)
2589                         /*
2590                          * Overloading budget_timeout field to store
2591                          * the time at which the queue remains with no
2592                          * backlog and no outstanding request; used by
2593                          * the weight-raising mechanism.
2594                          */
2595                         bfqq->budget_timeout = jiffies;
2596
2597                 bfq_del_bfqq_busy(bfqd, bfqq, true);
2598         } else {
2599                 bfq_requeue_bfqq(bfqd, bfqq, true);
2600                 /*
2601                  * Resort priority tree of potential close cooperators.
2602                  */
2603                 bfq_pos_tree_add_move(bfqd, bfqq);
2604         }
2605
2606         /*
2607          * All in-service entities must have been properly deactivated
2608          * or requeued before executing the next function, which
2609          * resets all in-service entites as no more in service.
2610          */
2611         __bfq_bfqd_reset_in_service(bfqd);
2612 }
2613
2614 /**
2615  * __bfq_bfqq_recalc_budget - try to adapt the budget to the @bfqq behavior.
2616  * @bfqd: device data.
2617  * @bfqq: queue to update.
2618  * @reason: reason for expiration.
2619  *
2620  * Handle the feedback on @bfqq budget at queue expiration.
2621  * See the body for detailed comments.
2622  */
2623 static void __bfq_bfqq_recalc_budget(struct bfq_data *bfqd,
2624                                      struct bfq_queue *bfqq,
2625                                      enum bfqq_expiration reason)
2626 {
2627         struct request *next_rq;
2628         int budget, min_budget;
2629
2630         min_budget = bfq_min_budget(bfqd);
2631
2632         if (bfqq->wr_coeff == 1)
2633                 budget = bfqq->max_budget;
2634         else /*
2635               * Use a constant, low budget for weight-raised queues,
2636               * to help achieve a low latency. Keep it slightly higher
2637               * than the minimum possible budget, to cause a little
2638               * bit fewer expirations.
2639               */
2640                 budget = 2 * min_budget;
2641
2642         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "recalc_budg: last budg %d, budg left %d",
2643                 bfqq->entity.budget, bfq_bfqq_budget_left(bfqq));
2644         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "recalc_budg: last max_budg %d, min budg %d",
2645                 budget, bfq_min_budget(bfqd));
2646         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "recalc_budg: sync %d, seeky %d",
2647                 bfq_bfqq_sync(bfqq), BFQQ_SEEKY(bfqd->in_service_queue));
2648
2649         if (bfq_bfqq_sync(bfqq) && bfqq->wr_coeff == 1) {
2650                 switch (reason) {
2651                 /*
2652                  * Caveat: in all the following cases we trade latency
2653                  * for throughput.
2654                  */
2655                 case BFQQE_TOO_IDLE:
2656                         /*
2657                          * This is the only case where we may reduce
2658                          * the budget: if there is no request of the
2659                          * process still waiting for completion, then
2660                          * we assume (tentatively) that the timer has
2661                          * expired because the batch of requests of
2662                          * the process could have been served with a
2663                          * smaller budget.  Hence, betting that
2664                          * process will behave in the same way when it
2665                          * becomes backlogged again, we reduce its
2666                          * next budget.  As long as we guess right,
2667                          * this budget cut reduces the latency
2668                          * experienced by the process.
2669                          *
2670                          * However, if there are still outstanding
2671                          * requests, then the process may have not yet
2672                          * issued its next request just because it is
2673                          * still waiting for the completion of some of
2674                          * the still outstanding ones.  So in this
2675                          * subcase we do not reduce its budget, on the
2676                          * contrary we increase it to possibly boost
2677                          * the throughput, as discussed in the
2678                          * comments to the BUDGET_TIMEOUT case.
2679                          */
2680                         if (bfqq->dispatched > 0) /* still outstanding reqs */
2681                                 budget = min(budget * 2, bfqd->bfq_max_budget);
2682                         else {
2683                                 if (budget > 5 * min_budget)
2684                                         budget -= 4 * min_budget;
2685                                 else
2686                                         budget = min_budget;
2687                         }
2688                         break;
2689                 case BFQQE_BUDGET_TIMEOUT:
2690                         /*
2691                          * We double the budget here because it gives
2692                          * the chance to boost the throughput if this
2693                          * is not a seeky process (and has bumped into
2694                          * this timeout because of, e.g., ZBR).
2695                          */
2696                         budget = min(budget * 2, bfqd->bfq_max_budget);
2697                         break;
2698                 case BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED:
2699                         /*
2700                          * The process still has backlog, and did not
2701                          * let either the budget timeout or the disk
2702                          * idling timeout expire. Hence it is not
2703                          * seeky, has a short thinktime and may be
2704                          * happy with a higher budget too. So
2705                          * definitely increase the budget of this good
2706                          * candidate to boost the disk throughput.
2707                          */
2708                         budget = min(budget * 4, bfqd->bfq_max_budget);
2709                         break;
2710                 case BFQQE_NO_MORE_REQUESTS:
2711                         /*
2712                          * For queues that expire for this reason, it
2713                          * is particularly important to keep the
2714                          * budget close to the actual service they
2715                          * need. Doing so reduces the timestamp
2716                          * misalignment problem described in the
2717                          * comments in the body of
2718                          * __bfq_activate_entity. In fact, suppose
2719                          * that a queue systematically expires for
2720                          * BFQQE_NO_MORE_REQUESTS and presents a
2721                          * new request in time to enjoy timestamp
2722                          * back-shifting. The larger the budget of the
2723                          * queue is with respect to the service the
2724                          * queue actually requests in each service
2725                          * slot, the more times the queue can be
2726                          * reactivated with the same virtual finish
2727                          * time. It follows that, even if this finish
2728                          * time is pushed to the system virtual time
2729                          * to reduce the consequent timestamp
2730                          * misalignment, the queue unjustly enjoys for
2731                          * many re-activations a lower finish time
2732                          * than all newly activated queues.
2733                          *
2734                          * The service needed by bfqq is measured
2735                          * quite precisely by bfqq->entity.service.
2736                          * Since bfqq does not enjoy device idling,
2737                          * bfqq->entity.service is equal to the number
2738                          * of sectors that the process associated with
2739                          * bfqq requested to read/write before waiting
2740                          * for request completions, or blocking for
2741                          * other reasons.
2742                          */
2743                         budget = max_t(int, bfqq->entity.service, min_budget);
2744                         break;
2745                 default:
2746                         return;
2747                 }
2748         } else if (!bfq_bfqq_sync(bfqq)) {
2749                 /*
2750                  * Async queues get always the maximum possible
2751                  * budget, as for them we do not care about latency
2752                  * (in addition, their ability to dispatch is limited
2753                  * by the charging factor).
2754                  */
2755                 budget = bfqd->bfq_max_budget;
2756         }
2757
2758         bfqq->max_budget = budget;
2759
2760         if (bfqd->budgets_assigned >= bfq_stats_min_budgets &&
2761             !bfqd->bfq_user_max_budget)
2762                 bfqq->max_budget = min(bfqq->max_budget, bfqd->bfq_max_budget);
2763
2764         /*
2765          * If there is still backlog, then assign a new budget, making
2766          * sure that it is large enough for the next request.  Since
2767          * the finish time of bfqq must be kept in sync with the
2768          * budget, be sure to call __bfq_bfqq_expire() *after* this
2769          * update.
2770          *
2771          * If there is no backlog, then no need to update the budget;
2772          * it will be updated on the arrival of a new request.
2773          */
2774         next_rq = bfqq->next_rq;
2775         if (next_rq)
2776                 bfqq->entity.budget = max_t(unsigned long, bfqq->max_budget,
2777                                             bfq_serv_to_charge(next_rq, bfqq));
2778
2779         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "head sect: %u, new budget %d",
2780                         next_rq ? blk_rq_sectors(next_rq) : 0,
2781                         bfqq->entity.budget);
2782 }
2783
2784 /*
2785  * Return true if the process associated with bfqq is "slow". The slow
2786  * flag is used, in addition to the budget timeout, to reduce the
2787  * amount of service provided to seeky processes, and thus reduce
2788  * their chances to lower the throughput. More details in the comments
2789  * on the function bfq_bfqq_expire().
2790  *
2791  * An important observation is in order: as discussed in the comments
2792  * on the function bfq_update_peak_rate(), with devices with internal
2793  * queues, it is hard if ever possible to know when and for how long
2794  * an I/O request is processed by the device (apart from the trivial
2795  * I/O pattern where a new request is dispatched only after the
2796  * previous one has been completed). This makes it hard to evaluate
2797  * the real rate at which the I/O requests of each bfq_queue are
2798  * served.  In fact, for an I/O scheduler like BFQ, serving a
2799  * bfq_queue means just dispatching its requests during its service
2800  * slot (i.e., until the budget of the queue is exhausted, or the
2801  * queue remains idle, or, finally, a timeout fires). But, during the
2802  * service slot of a bfq_queue, around 100 ms at most, the device may
2803  * be even still processing requests of bfq_queues served in previous
2804  * service slots. On the opposite end, the requests of the in-service
2805  * bfq_queue may be completed after the service slot of the queue
2806  * finishes.
2807  *
2808  * Anyway, unless more sophisticated solutions are used
2809  * (where possible), the sum of the sizes of the requests dispatched
2810  * during the service slot of a bfq_queue is probably the only
2811  * approximation available for the service received by the bfq_queue
2812  * during its service slot. And this sum is the quantity used in this
2813  * function to evaluate the I/O speed of a process.
2814  */
2815 static bool bfq_bfqq_is_slow(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
2816                                  bool compensate, enum bfqq_expiration reason,
2817                                  unsigned long *delta_ms)
2818 {
2819         ktime_t delta_ktime;
2820         u32 delta_usecs;
2821         bool slow = BFQQ_SEEKY(bfqq); /* if delta too short, use seekyness */
2822
2823         if (!bfq_bfqq_sync(bfqq))
2824                 return false;
2825
2826         if (compensate)
2827                 delta_ktime = bfqd->last_idling_start;
2828         else
2829                 delta_ktime = ktime_get();
2830         delta_ktime = ktime_sub(delta_ktime, bfqd->last_budget_start);
2831         delta_usecs = ktime_to_us(delta_ktime);
2832
2833         /* don't use too short time intervals */
2834         if (delta_usecs < 1000) {
2835                 if (blk_queue_nonrot(bfqd->queue))
2836                          /*
2837                           * give same worst-case guarantees as idling
2838                           * for seeky
2839                           */
2840                         *delta_ms = BFQ_MIN_TT / NSEC_PER_MSEC;
2841                 else /* charge at least one seek */
2842                         *delta_ms = bfq_slice_idle / NSEC_PER_MSEC;
2843
2844                 return slow;
2845         }
2846
2847         *delta_ms = delta_usecs / USEC_PER_MSEC;
2848
2849         /*
2850          * Use only long (> 20ms) intervals to filter out excessive
2851          * spikes in service rate estimation.
2852          */
2853         if (delta_usecs > 20000) {
2854                 /*
2855                  * Caveat for rotational devices: processes doing I/O
2856                  * in the slower disk zones tend to be slow(er) even
2857                  * if not seeky. In this respect, the estimated peak
2858                  * rate is likely to be an average over the disk
2859                  * surface. Accordingly, to not be too harsh with
2860                  * unlucky processes, a process is deemed slow only if
2861                  * its rate has been lower than half of the estimated
2862                  * peak rate.
2863                  */
2864                 slow = bfqq->entity.service < bfqd->bfq_max_budget / 2;
2865         }
2866
2867         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "bfq_bfqq_is_slow: slow %d", slow);
2868
2869         return slow;
2870 }
2871
2872 /*
2873  * To be deemed as soft real-time, an application must meet two
2874  * requirements. First, the application must not require an average
2875  * bandwidth higher than the approximate bandwidth required to playback or
2876  * record a compressed high-definition video.
2877  * The next function is invoked on the completion of the last request of a
2878  * batch, to compute the next-start time instant, soft_rt_next_start, such
2879  * that, if the next request of the application does not arrive before
2880  * soft_rt_next_start, then the above requirement on the bandwidth is met.
2881  *
2882  * The second requirement is that the request pattern of the application is
2883  * isochronous, i.e., that, after issuing a request or a batch of requests,
2884  * the application stops issuing new requests until all its pending requests
2885  * have been completed. After that, the application may issue a new batch,
2886  * and so on.
2887  * For this reason the next function is invoked to compute
2888  * soft_rt_next_start only for applications that meet this requirement,
2889  * whereas soft_rt_next_start is set to infinity for applications that do
2890  * not.
2891  *
2892  * Unfortunately, even a greedy application may happen to behave in an
2893  * isochronous way if the CPU load is high. In fact, the application may
2894  * stop issuing requests while the CPUs are busy serving other processes,
2895  * then restart, then stop again for a while, and so on. In addition, if
2896  * the disk achieves a low enough throughput with the request pattern
2897  * issued by the application (e.g., because the request pattern is random
2898  * and/or the device is slow), then the application may meet the above
2899  * bandwidth requirement too. To prevent such a greedy application to be
2900  * deemed as soft real-time, a further rule is used in the computation of
2901  * soft_rt_next_start: soft_rt_next_start must be higher than the current
2902  * time plus the maximum time for which the arrival of a request is waited
2903  * for when a sync queue becomes idle, namely bfqd->bfq_slice_idle.
2904  * This filters out greedy applications, as the latter issue instead their
2905  * next request as soon as possible after the last one has been completed
2906  * (in contrast, when a batch of requests is completed, a soft real-time
2907  * application spends some time processing data).
2908  *
2909  * Unfortunately, the last filter may easily generate false positives if
2910  * only bfqd->bfq_slice_idle is used as a reference time interval and one
2911  * or both the following cases occur:
2912  * 1) HZ is so low that the duration of a jiffy is comparable to or higher
2913  *    than bfqd->bfq_slice_idle. This happens, e.g., on slow devices with
2914  *    HZ=100.
2915  * 2) jiffies, instead of increasing at a constant rate, may stop increasing
2916  *    for a while, then suddenly 'jump' by several units to recover the lost
2917  *    increments. This seems to happen, e.g., inside virtual machines.
2918  * To address this issue, we do not use as a reference time interval just
2919  * bfqd->bfq_slice_idle, but bfqd->bfq_slice_idle plus a few jiffies. In
2920  * particular we add the minimum number of jiffies for which the filter
2921  * seems to be quite precise also in embedded systems and KVM/QEMU virtual
2922  * machines.
2923  */
2924 static unsigned long bfq_bfqq_softrt_next_start(struct bfq_data *bfqd,
2925                                                 struct bfq_queue *bfqq)
2926 {
2927         return max(bfqq->last_idle_bklogged +
2928                    HZ * bfqq->service_from_backlogged /
2929                    bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate,
2930                    jiffies + nsecs_to_jiffies(bfqq->bfqd->bfq_slice_idle) + 4);
2931 }
2932
2933 /**
2934  * bfq_bfqq_expire - expire a queue.
2935  * @bfqd: device owning the queue.
2936  * @bfqq: the queue to expire.
2937  * @compensate: if true, compensate for the time spent idling.
2938  * @reason: the reason causing the expiration.
2939  *
2940  * If the process associated with bfqq does slow I/O (e.g., because it
2941  * issues random requests), we charge bfqq with the time it has been
2942  * in service instead of the service it has received (see
2943  * bfq_bfqq_charge_time for details on how this goal is achieved). As
2944  * a consequence, bfqq will typically get higher timestamps upon
2945  * reactivation, and hence it will be rescheduled as if it had
2946  * received more service than what it has actually received. In the
2947  * end, bfqq receives less service in proportion to how slowly its
2948  * associated process consumes its budgets (and hence how seriously it
2949  * tends to lower the throughput). In addition, this time-charging
2950  * strategy guarantees time fairness among slow processes. In
2951  * contrast, if the process associated with bfqq is not slow, we
2952  * charge bfqq exactly with the service it has received.
2953  *
2954  * Charging time to the first type of queues and the exact service to
2955  * the other has the effect of using the WF2Q+ policy to schedule the
2956  * former on a timeslice basis, without violating service domain
2957  * guarantees among the latter.
2958  */
2959 void bfq_bfqq_expire(struct bfq_data *bfqd,
2960                      struct bfq_queue *bfqq,
2961                      bool compensate,
2962                      enum bfqq_expiration reason)
2963 {
2964         bool slow;
2965         unsigned long delta = 0;
2966         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
2967         int ref;
2968
2969         /*
2970          * Check whether the process is slow (see bfq_bfqq_is_slow).
2971          */
2972         slow = bfq_bfqq_is_slow(bfqd, bfqq, compensate, reason, &delta);
2973
2974         /*
2975          * Increase service_from_backlogged before next statement,
2976          * because the possible next invocation of
2977          * bfq_bfqq_charge_time would likely inflate
2978          * entity->service. In contrast, service_from_backlogged must
2979          * contain real service, to enable the soft real-time
2980          * heuristic to correctly compute the bandwidth consumed by
2981          * bfqq.
2982          */
2983         bfqq->service_from_backlogged += entity->service;
2984
2985         /*
2986          * As above explained, charge slow (typically seeky) and
2987          * timed-out queues with the time and not the service
2988          * received, to favor sequential workloads.
2989          *
2990          * Processes doing I/O in the slower disk zones will tend to
2991          * be slow(er) even if not seeky. Therefore, since the
2992          * estimated peak rate is actually an average over the disk
2993          * surface, these processes may timeout just for bad luck. To
2994          * avoid punishing them, do not charge time to processes that
2995          * succeeded in consuming at least 2/3 of their budget. This
2996          * allows BFQ to preserve enough elasticity to still perform
2997          * bandwidth, and not time, distribution with little unlucky
2998          * or quasi-sequential processes.
2999          */
3000         if (bfqq->wr_coeff == 1 &&
3001             (slow ||
3002              (reason == BFQQE_BUDGET_TIMEOUT &&
3003               bfq_bfqq_budget_left(bfqq) >=  entity->budget / 3)))
3004                 bfq_bfqq_charge_time(bfqd, bfqq, delta);
3005
3006         if (reason == BFQQE_TOO_IDLE &&
3007             entity->service <= 2 * entity->budget / 10)
3008                 bfq_clear_bfqq_IO_bound(bfqq);
3009
3010         if (bfqd->low_latency && bfqq->wr_coeff == 1)
3011                 bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
3012
3013         if (bfqd->low_latency && bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate > 0 &&
3014             RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list)) {
3015                 /*
3016                  * If we get here, and there are no outstanding
3017                  * requests, then the request pattern is isochronous
3018                  * (see the comments on the function
3019                  * bfq_bfqq_softrt_next_start()). Thus we can compute
3020                  * soft_rt_next_start. If, instead, the queue still
3021                  * has outstanding requests, then we have to wait for
3022                  * the completion of all the outstanding requests to
3023                  * discover whether the request pattern is actually
3024                  * isochronous.
3025                  */
3026                 if (bfqq->dispatched == 0)
3027                         bfqq->soft_rt_next_start =
3028                                 bfq_bfqq_softrt_next_start(bfqd, bfqq);
3029                 else {
3030                         /*
3031                          * The application is still waiting for the
3032                          * completion of one or more requests:
3033                          * prevent it from possibly being incorrectly
3034                          * deemed as soft real-time by setting its
3035                          * soft_rt_next_start to infinity. In fact,
3036                          * without this assignment, the application
3037                          * would be incorrectly deemed as soft
3038                          * real-time if:
3039                          * 1) it issued a new request before the
3040                          *    completion of all its in-flight
3041                          *    requests, and
3042                          * 2) at that time, its soft_rt_next_start
3043                          *    happened to be in the past.
3044                          */
3045                         bfqq->soft_rt_next_start =
3046                                 bfq_greatest_from_now();
3047                         /*
3048                          * Schedule an update of soft_rt_next_start to when
3049                          * the task may be discovered to be isochronous.
3050                          */
3051                         bfq_mark_bfqq_softrt_update(bfqq);
3052                 }
3053         }
3054
3055         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq,
3056                 "expire (%d, slow %d, num_disp %d, short_ttime %d)", reason,
3057                 slow, bfqq->dispatched, bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq));
3058
3059         /*
3060          * Increase, decrease or leave budget unchanged according to
3061          * reason.
3062          */
3063         __bfq_bfqq_recalc_budget(bfqd, bfqq, reason);
3064         ref = bfqq->ref;
3065         __bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq);
3066
3067         /* mark bfqq as waiting a request only if a bic still points to it */
3068         if (ref > 1 && !bfq_bfqq_busy(bfqq) &&
3069             reason != BFQQE_BUDGET_TIMEOUT &&
3070             reason != BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED)
3071                 bfq_mark_bfqq_non_blocking_wait_rq(bfqq);
3072 }
3073
3074 /*
3075  * Budget timeout is not implemented through a dedicated timer, but
3076  * just checked on request arrivals and completions, as well as on
3077  * idle timer expirations.
3078  */
3079 static bool bfq_bfqq_budget_timeout(struct bfq_queue *bfqq)
3080 {
3081         return time_is_before_eq_jiffies(bfqq->budget_timeout);
3082 }
3083
3084 /*
3085  * If we expire a queue that is actively waiting (i.e., with the
3086  * device idled) for the arrival of a new request, then we may incur
3087  * the timestamp misalignment problem described in the body of the
3088  * function __bfq_activate_entity. Hence we return true only if this
3089  * condition does not hold, or if the queue is slow enough to deserve
3090  * only to be kicked off for preserving a high throughput.
3091  */
3092 static bool bfq_may_expire_for_budg_timeout(struct bfq_queue *bfqq)
3093 {
3094         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq,
3095                 "may_budget_timeout: wait_request %d left %d timeout %d",
3096                 bfq_bfqq_wait_request(bfqq),
3097                         bfq_bfqq_budget_left(bfqq) >=  bfqq->entity.budget / 3,
3098                 bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq));
3099
3100         return (!bfq_bfqq_wait_request(bfqq) ||
3101                 bfq_bfqq_budget_left(bfqq) >=  bfqq->entity.budget / 3)
3102                 &&
3103                 bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq);
3104 }
3105
3106 /*
3107  * For a queue that becomes empty, device idling is allowed only if
3108  * this function returns true for the queue. As a consequence, since
3109  * device idling plays a critical role in both throughput boosting and
3110  * service guarantees, the return value of this function plays a
3111  * critical role in both these aspects as well.
3112  *
3113  * In a nutshell, this function returns true only if idling is
3114  * beneficial for throughput or, even if detrimental for throughput,
3115  * idling is however necessary to preserve service guarantees (low
3116  * latency, desired throughput distribution, ...). In particular, on
3117  * NCQ-capable devices, this function tries to return false, so as to
3118  * help keep the drives' internal queues full, whenever this helps the
3119  * device boost the throughput without causing any service-guarantee
3120  * issue.
3121  *
3122  * In more detail, the return value of this function is obtained by,
3123  * first, computing a number of boolean variables that take into
3124  * account throughput and service-guarantee issues, and, then,
3125  * combining these variables in a logical expression. Most of the
3126  * issues taken into account are not trivial. We discuss these issues
3127  * individually while introducing the variables.
3128  */
3129 static bool bfq_bfqq_may_idle(struct bfq_queue *bfqq)
3130 {
3131         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
3132         bool rot_without_queueing =
3133                 !blk_queue_nonrot(bfqd->queue) && !bfqd->hw_tag,
3134                 bfqq_sequential_and_IO_bound,
3135                 idling_boosts_thr, idling_boosts_thr_without_issues,
3136                 idling_needed_for_service_guarantees,
3137                 asymmetric_scenario;
3138
3139         if (bfqd->strict_guarantees)
3140                 return true;
3141
3142         /*
3143          * Idling is performed only if slice_idle > 0. In addition, we
3144          * do not idle if
3145          * (a) bfqq is async
3146          * (b) bfqq is in the idle io prio class: in this case we do
3147          * not idle because we want to minimize the bandwidth that
3148          * queues in this class can steal to higher-priority queues
3149          */
3150         if (bfqd->bfq_slice_idle == 0 || !bfq_bfqq_sync(bfqq) ||
3151             bfq_class_idle(bfqq))
3152                 return false;
3153
3154         bfqq_sequential_and_IO_bound = !BFQQ_SEEKY(bfqq) &&
3155                 bfq_bfqq_IO_bound(bfqq) && bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
3156
3157         /*
3158          * The next variable takes into account the cases where idling
3159          * boosts the throughput.
3160          *
3161          * The value of the variable is computed considering, first, that
3162          * idling is virtually always beneficial for the throughput if:
3163          * (a) the device is not NCQ-capable and rotational, or
3164          * (b) regardless of the presence of NCQ, the device is rotational and
3165          *     the request pattern for bfqq is I/O-bound and sequential, or
3166          * (c) regardless of whether it is rotational, the device is
3167          *     not NCQ-capable and the request pattern for bfqq is
3168          *     I/O-bound and sequential.
3169          *
3170          * Secondly, and in contrast to the above item (b), idling an
3171          * NCQ-capable flash-based device would not boost the
3172          * throughput even with sequential I/O; rather it would lower
3173          * the throughput in proportion to how fast the device
3174          * is. Accordingly, the next variable is true if any of the
3175          * above conditions (a), (b) or (c) is true, and, in
3176          * particular, happens to be false if bfqd is an NCQ-capable
3177          * flash-based device.
3178          */
3179         idling_boosts_thr = rot_without_queueing ||
3180                 ((!blk_queue_nonrot(bfqd->queue) || !bfqd->hw_tag) &&
3181                  bfqq_sequential_and_IO_bound);
3182
3183         /*
3184          * The value of the next variable,
3185          * idling_boosts_thr_without_issues, is equal to that of
3186          * idling_boosts_thr, unless a special case holds. In this
3187          * special case, described below, idling may cause problems to
3188          * weight-raised queues.
3189          *
3190          * When the request pool is saturated (e.g., in the presence
3191          * of write hogs), if the processes associated with
3192          * non-weight-raised queues ask for requests at a lower rate,
3193          * then processes associated with weight-raised queues have a
3194          * higher probability to get a request from the pool
3195          * immediately (or at least soon) when they need one. Thus
3196          * they have a higher probability to actually get a fraction
3197          * of the device throughput proportional to their high
3198          * weight. This is especially true with NCQ-capable drives,
3199          * which enqueue several requests in advance, and further
3200          * reorder internally-queued requests.
3201          *
3202          * For this reason, we force to false the value of
3203          * idling_boosts_thr_without_issues if there are weight-raised
3204          * busy queues. In this case, and if bfqq is not weight-raised,
3205          * this guarantees that the device is not idled for bfqq (if,
3206          * instead, bfqq is weight-raised, then idling will be
3207          * guaranteed by another variable, see below). Combined with
3208          * the timestamping rules of BFQ (see [1] for details), this
3209          * behavior causes bfqq, and hence any sync non-weight-raised
3210          * queue, to get a lower number of requests served, and thus
3211          * to ask for a lower number of requests from the request
3212          * pool, before the busy weight-raised queues get served
3213          * again. This often mitigates starvation problems in the
3214          * presence of heavy write workloads and NCQ, thereby
3215          * guaranteeing a higher application and system responsiveness
3216          * in these hostile scenarios.
3217          */
3218         idling_boosts_thr_without_issues = idling_boosts_thr &&
3219                 bfqd->wr_busy_queues == 0;
3220
3221         /*
3222          * There is then a case where idling must be performed not
3223          * for throughput concerns, but to preserve service
3224          * guarantees.
3225          *
3226          * To introduce this case, we can note that allowing the drive
3227          * to enqueue more than one request at a time, and hence
3228          * delegating de facto final scheduling decisions to the
3229          * drive's internal scheduler, entails loss of control on the
3230          * actual request service order. In particular, the critical
3231          * situation is when requests from different processes happen
3232          * to be present, at the same time, in the internal queue(s)
3233          * of the drive. In such a situation, the drive, by deciding
3234          * the service order of the internally-queued requests, does
3235          * determine also the actual throughput distribution among
3236          * these processes. But the drive typically has no notion or
3237          * concern about per-process throughput distribution, and
3238          * makes its decisions only on a per-request basis. Therefore,
3239          * the service distribution enforced by the drive's internal
3240          * scheduler is likely to coincide with the desired
3241          * device-throughput distribution only in a completely
3242          * symmetric scenario where:
3243          * (i)  each of these processes must get the same throughput as
3244          *      the others;
3245          * (ii) all these processes have the same I/O pattern
3246                 (either sequential or random).
3247          * In fact, in such a scenario, the drive will tend to treat
3248          * the requests of each of these processes in about the same
3249          * way as the requests of the others, and thus to provide
3250          * each of these processes with about the same throughput
3251          * (which is exactly the desired throughput distribution). In
3252          * contrast, in any asymmetric scenario, device idling is
3253          * certainly needed to guarantee that bfqq receives its
3254          * assigned fraction of the device throughput (see [1] for
3255          * details).
3256          *
3257          * We address this issue by controlling, actually, only the
3258          * symmetry sub-condition (i), i.e., provided that
3259          * sub-condition (i) holds, idling is not performed,
3260          * regardless of whether sub-condition (ii) holds. In other
3261          * words, only if sub-condition (i) holds, then idling is
3262          * allowed, and the device tends to be prevented from queueing
3263          * many requests, possibly of several processes. The reason
3264          * for not controlling also sub-condition (ii) is that we
3265          * exploit preemption to preserve guarantees in case of
3266          * symmetric scenarios, even if (ii) does not hold, as
3267          * explained in the next two paragraphs.
3268          *
3269          * Even if a queue, say Q, is expired when it remains idle, Q
3270          * can still preempt the new in-service queue if the next
3271          * request of Q arrives soon (see the comments on
3272          * bfq_bfqq_update_budg_for_activation). If all queues and
3273          * groups have the same weight, this form of preemption,
3274          * combined with the hole-recovery heuristic described in the
3275          * comments on function bfq_bfqq_update_budg_for_activation,
3276          * are enough to preserve a correct bandwidth distribution in
3277          * the mid term, even without idling. In fact, even if not
3278          * idling allows the internal queues of the device to contain
3279          * many requests, and thus to reorder requests, we can rather
3280          * safely assume that the internal scheduler still preserves a
3281          * minimum of mid-term fairness. The motivation for using
3282          * preemption instead of idling is that, by not idling,
3283          * service guarantees are preserved without minimally
3284          * sacrificing throughput. In other words, both a high
3285          * throughput and its desired distribution are obtained.
3286          *
3287          * More precisely, this preemption-based, idleless approach
3288          * provides fairness in terms of IOPS, and not sectors per
3289          * second. This can be seen with a simple example. Suppose
3290          * that there are two queues with the same weight, but that
3291          * the first queue receives requests of 8 sectors, while the
3292          * second queue receives requests of 1024 sectors. In
3293          * addition, suppose that each of the two queues contains at
3294          * most one request at a time, which implies that each queue
3295          * always remains idle after it is served. Finally, after
3296          * remaining idle, each queue receives very quickly a new
3297          * request. It follows that the two queues are served
3298          * alternatively, preempting each other if needed. This
3299          * implies that, although both queues have the same weight,
3300          * the queue with large requests receives a service that is
3301          * 1024/8 times as high as the service received by the other
3302          * queue.
3303          *
3304          * On the other hand, device idling is performed, and thus
3305          * pure sector-domain guarantees are provided, for the
3306          * following queues, which are likely to need stronger
3307          * throughput guarantees: weight-raised queues, and queues
3308          * with a higher weight than other queues. When such queues
3309          * are active, sub-condition (i) is false, which triggers
3310          * device idling.
3311          *
3312          * According to the above considerations, the next variable is
3313          * true (only) if sub-condition (i) holds. To compute the
3314          * value of this variable, we not only use the return value of
3315          * the function bfq_symmetric_scenario(), but also check
3316          * whether bfqq is being weight-raised, because
3317          * bfq_symmetric_scenario() does not take into account also
3318          * weight-raised queues (see comments on
3319          * bfq_weights_tree_add()). In particular, if bfqq is being
3320          * weight-raised, it is important to idle only if there are
3321          * other, non-weight-raised queues that may steal throughput
3322          * to bfqq. Actually, we should be even more precise, and
3323          * differentiate between interactive weight raising and
3324          * soft real-time weight raising.
3325          *
3326          * As a side note, it is worth considering that the above
3327          * device-idling countermeasures may however fail in the
3328          * following unlucky scenario: if idling is (correctly)
3329          * disabled in a time period during which all symmetry
3330          * sub-conditions hold, and hence the device is allowed to
3331          * enqueue many requests, but at some later point in time some
3332          * sub-condition stops to hold, then it may become impossible
3333          * to let requests be served in the desired order until all
3334          * the requests already queued in the device have been served.
3335          */
3336         asymmetric_scenario = (bfqq->wr_coeff > 1 &&
3337                                bfqd->wr_busy_queues < bfqd->busy_queues) ||
3338                 !bfq_symmetric_scenario(bfqd);
3339
3340         /*
3341          * Finally, there is a case where maximizing throughput is the
3342          * best choice even if it may cause unfairness toward
3343          * bfqq. Such a case is when bfqq became active in a burst of
3344          * queue activations. Queues that became active during a large
3345          * burst benefit only from throughput, as discussed in the
3346          * comments on bfq_handle_burst. Thus, if bfqq became active
3347          * in a burst and not idling the device maximizes throughput,
3348          * then the device must no be idled, because not idling the
3349          * device provides bfqq and all other queues in the burst with
3350          * maximum benefit. Combining this and the above case, we can
3351          * now establish when idling is actually needed to preserve
3352          * service guarantees.
3353          */
3354         idling_needed_for_service_guarantees =
3355                 asymmetric_scenario && !bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq);
3356
3357         /*
3358          * We have now all the components we need to compute the
3359          * return value of the function, which is true only if idling
3360          * either boosts the throughput (without issues), or is
3361          * necessary to preserve service guarantees.
3362          */
3363         return idling_boosts_thr_without_issues ||
3364                 idling_needed_for_service_guarantees;
3365 }
3366
3367 /*
3368  * If the in-service queue is empty but the function bfq_bfqq_may_idle
3369  * returns true, then:
3370  * 1) the queue must remain in service and cannot be expired, and
3371  * 2) the device must be idled to wait for the possible arrival of a new
3372  *    request for the queue.
3373  * See the comments on the function bfq_bfqq_may_idle for the reasons
3374  * why performing device idling is the best choice to boost the throughput
3375  * and preserve service guarantees when bfq_bfqq_may_idle itself
3376  * returns true.
3377  */
3378 static bool bfq_bfqq_must_idle(struct bfq_queue *bfqq)
3379 {
3380         return RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) && bfq_bfqq_may_idle(bfqq);
3381 }
3382
3383 /*
3384  * Select a queue for service.  If we have a current queue in service,
3385  * check whether to continue servicing it, or retrieve and set a new one.
3386  */
3387 static struct bfq_queue *bfq_select_queue(struct bfq_data *bfqd)
3388 {
3389         struct bfq_queue *bfqq;
3390         struct request *next_rq;
3391         enum bfqq_expiration reason = BFQQE_BUDGET_TIMEOUT;
3392
3393         bfqq = bfqd->in_service_queue;
3394         if (!bfqq)
3395                 goto new_queue;
3396
3397         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "select_queue: already in-service queue");
3398
3399         if (bfq_may_expire_for_budg_timeout(bfqq) &&
3400             !bfq_bfqq_wait_request(bfqq) &&
3401             !bfq_bfqq_must_idle(bfqq))
3402                 goto expire;
3403
3404 check_queue:
3405         /*
3406          * This loop is rarely executed more than once. Even when it
3407          * happens, it is much more convenient to re-execute this loop
3408          * than to return NULL and trigger a new dispatch to get a
3409          * request served.
3410          */
3411         next_rq = bfqq->next_rq;
3412         /*
3413          * If bfqq has requests queued and it has enough budget left to
3414          * serve them, keep the queue, otherwise expire it.
3415          */
3416         if (next_rq) {
3417                 if (bfq_serv_to_charge(next_rq, bfqq) >
3418                         bfq_bfqq_budget_left(bfqq)) {
3419                         /*
3420                          * Expire the queue for budget exhaustion,
3421                          * which makes sure that the next budget is
3422                          * enough to serve the next request, even if
3423                          * it comes from the fifo expired path.
3424                          */
3425                         reason = BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED;
3426                         goto expire;
3427                 } else {
3428                         /*
3429                          * The idle timer may be pending because we may
3430                          * not disable disk idling even when a new request
3431                          * arrives.
3432                          */
3433                         if (bfq_bfqq_wait_request(bfqq)) {
3434                                 /*
3435                                  * If we get here: 1) at least a new request
3436                                  * has arrived but we have not disabled the
3437                                  * timer because the request was too small,
3438                                  * 2) then the block layer has unplugged
3439                                  * the device, causing the dispatch to be
3440                                  * invoked.
3441                                  *
3442                                  * Since the device is unplugged, now the
3443                                  * requests are probably large enough to
3444                                  * provide a reasonable throughput.
3445                                  * So we disable idling.
3446                                  */
3447                                 bfq_clear_bfqq_wait_request(bfqq);
3448                                 hrtimer_try_to_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
3449                                 bfqg_stats_update_idle_time(bfqq_group(bfqq));
3450                         }
3451                         goto keep_queue;
3452                 }
3453         }
3454
3455         /*
3456          * No requests pending. However, if the in-service queue is idling
3457          * for a new request, or has requests waiting for a completion and
3458          * may idle after their completion, then keep it anyway.
3459          */
3460         if (bfq_bfqq_wait_request(bfqq) ||
3461             (bfqq->dispatched != 0 && bfq_bfqq_may_idle(bfqq))) {
3462                 bfqq = NULL;
3463                 goto keep_queue;
3464         }
3465
3466         reason = BFQQE_NO_MORE_REQUESTS;
3467 expire:
3468         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false, reason);
3469 new_queue:
3470         bfqq = bfq_set_in_service_queue(bfqd);
3471         if (bfqq) {
3472                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "select_queue: checking new queue");
3473                 goto check_queue;
3474         }
3475 keep_queue:
3476         if (bfqq)
3477                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "select_queue: returned this queue");
3478         else
3479                 bfq_log(bfqd, "select_queue: no queue returned");
3480
3481         return bfqq;
3482 }
3483
3484 static void bfq_update_wr_data(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
3485 {
3486         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
3487
3488         if (bfqq->wr_coeff > 1) { /* queue is being weight-raised */
3489                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq,
3490                         "raising period dur %u/%u msec, old coeff %u, w %d(%d)",
3491                         jiffies_to_msecs(jiffies - bfqq->last_wr_start_finish),
3492                         jiffies_to_msecs(bfqq->wr_cur_max_time),
3493                         bfqq->wr_coeff,
3494                         bfqq->entity.weight, bfqq->entity.orig_weight);
3495
3496                 if (entity->prio_changed)
3497                         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "WARN: pending prio change");
3498
3499                 /*
3500                  * If the queue was activated in a burst, or too much
3501                  * time has elapsed from the beginning of this
3502                  * weight-raising period, then end weight raising.
3503                  */
3504                 if (bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq))
3505                         bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
3506                 else if (time_is_before_jiffies(bfqq->last_wr_start_finish +
3507                                                 bfqq->wr_cur_max_time)) {
3508                         if (bfqq->wr_cur_max_time != bfqd->bfq_wr_rt_max_time ||
3509                         time_is_before_jiffies(bfqq->wr_start_at_switch_to_srt +
3510                                                bfq_wr_duration(bfqd)))
3511                                 bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
3512                         else {
3513                                 /* switch back to interactive wr */
3514                                 bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
3515                                 bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
3516                                 bfqq->last_wr_start_finish =
3517                                         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt;
3518                                 bfqq->entity.prio_changed = 1;
3519                         }
3520                 }
3521         }
3522         /*
3523          * To improve latency (for this or other queues), immediately
3524          * update weight both if it must be raised and if it must be
3525          * lowered. Since, entity may be on some active tree here, and
3526          * might have a pending change of its ioprio class, invoke
3527          * next function with the last parameter unset (see the
3528          * comments on the function).
3529          */
3530         if ((entity->weight > entity->orig_weight) != (bfqq->wr_coeff > 1))
3531                 __bfq_entity_update_weight_prio(bfq_entity_service_tree(entity),
3532                                                 entity, false);
3533 }
3534
3535 /*
3536  * Dispatch next request from bfqq.
3537  */
3538 static struct request *bfq_dispatch_rq_from_bfqq(struct bfq_data *bfqd,
3539                                                  struct bfq_queue *bfqq)
3540 {
3541         struct request *rq = bfqq->next_rq;
3542         unsigned long service_to_charge;
3543
3544         service_to_charge = bfq_serv_to_charge(rq, bfqq);
3545
3546         bfq_bfqq_served(bfqq, service_to_charge);
3547
3548         bfq_dispatch_remove(bfqd->queue, rq);
3549
3550         /*
3551          * If weight raising has to terminate for bfqq, then next
3552          * function causes an immediate update of bfqq's weight,
3553          * without waiting for next activation. As a consequence, on
3554          * expiration, bfqq will be timestamped as if has never been
3555          * weight-raised during this service slot, even if it has
3556          * received part or even most of the service as a
3557          * weight-raised queue. This inflates bfqq's timestamps, which
3558          * is beneficial, as bfqq is then more willing to leave the
3559          * device immediately to possible other weight-raised queues.
3560          */
3561         bfq_update_wr_data(bfqd, bfqq);
3562
3563         /*
3564          * Expire bfqq, pretending that its budget expired, if bfqq
3565          * belongs to CLASS_IDLE and other queues are waiting for
3566          * service.
3567          */
3568         if (bfqd->busy_queues > 1 && bfq_class_idle(bfqq))
3569                 goto expire;
3570
3571         return rq;
3572
3573 expire:
3574         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false, BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED);
3575         return rq;
3576 }
3577
3578 static bool bfq_has_work(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
3579 {
3580         struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
3581
3582         /*
3583          * Avoiding lock: a race on bfqd->busy_queues should cause at
3584          * most a call to dispatch for nothing
3585          */
3586         return !list_empty_careful(&bfqd->dispatch) ||
3587                 bfqd->busy_queues > 0;
3588 }
3589
3590 static struct request *__bfq_dispatch_request(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
3591 {
3592         struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
3593         struct request *rq = NULL;
3594         struct bfq_queue *bfqq = NULL;
3595
3596         if (!list_empty(&bfqd->dispatch)) {
3597                 rq = list_first_entry(&bfqd->dispatch, struct request,
3598                                       queuelist);
3599                 list_del_init(&rq->queuelist);
3600
3601                 bfqq = RQ_BFQQ(rq);
3602
3603                 if (bfqq) {
3604                         /*
3605                          * Increment counters here, because this
3606                          * dispatch does not follow the standard
3607                          * dispatch flow (where counters are
3608                          * incremented)
3609                          */
3610                         bfqq->dispatched++;
3611
3612                         goto inc_in_driver_start_rq;
3613                 }
3614
3615                 /*
3616                  * We exploit the put_rq_private hook to decrement
3617                  * rq_in_driver, but put_rq_private will not be
3618                  * invoked on this request. So, to avoid unbalance,
3619                  * just start this request, without incrementing
3620                  * rq_in_driver. As a negative consequence,
3621                  * rq_in_driver is deceptively lower than it should be
3622                  * while this request is in service. This may cause
3623                  * bfq_schedule_dispatch to be invoked uselessly.
3624                  *
3625                  * As for implementing an exact solution, the
3626                  * put_request hook, if defined, is probably invoked
3627                  * also on this request. So, by exploiting this hook,
3628                  * we could 1) increment rq_in_driver here, and 2)
3629                  * decrement it in put_request. Such a solution would
3630                  * let the value of the counter be always accurate,
3631                  * but it would entail using an extra interface
3632                  * function. This cost seems higher than the benefit,
3633                  * being the frequency of non-elevator-private
3634                  * requests very low.
3635                  */
3636                 goto start_rq;
3637         }
3638
3639         bfq_log(bfqd, "dispatch requests: %d busy queues", bfqd->busy_queues);
3640
3641         if (bfqd->busy_queues == 0)
3642                 goto exit;
3643
3644         /*
3645          * Force device to serve one request at a time if
3646          * strict_guarantees is true. Forcing this service scheme is
3647          * currently the ONLY way to guarantee that the request
3648          * service order enforced by the scheduler is respected by a
3649          * queueing device. Otherwise the device is free even to make
3650          * some unlucky request wait for as long as the device
3651          * wishes.
3652          *
3653          * Of course, serving one request at at time may cause loss of
3654          * throughput.
3655          */
3656         if (bfqd->strict_guarantees && bfqd->rq_in_driver > 0)
3657                 goto exit;
3658
3659         bfqq = bfq_select_queue(bfqd);
3660         if (!bfqq)
3661                 goto exit;
3662
3663         rq = bfq_dispatch_rq_from_bfqq(bfqd, bfqq);
3664
3665         if (rq) {
3666 inc_in_driver_start_rq:
3667                 bfqd->rq_in_driver++;
3668 start_rq:
3669                 rq->rq_flags |= RQF_STARTED;
3670         }
3671 exit:
3672         return rq;
3673 }
3674
3675 static struct request *bfq_dispatch_request(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
3676 {
3677         struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
3678         struct request *rq;
3679
3680         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
3681
3682         rq = __bfq_dispatch_request(hctx);
3683         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
3684
3685         return rq;
3686 }
3687
3688 /*
3689  * Task holds one reference to the queue, dropped when task exits.  Each rq
3690  * in-flight on this queue also holds a reference, dropped when rq is freed.
3691  *
3692  * Scheduler lock must be held here. Recall not to use bfqq after calling
3693  * this function on it.
3694  */
3695 void bfq_put_queue(struct bfq_queue *bfqq)
3696 {
3697 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
3698         struct bfq_group *bfqg = bfqq_group(bfqq);
3699 #endif
3700
3701         if (bfqq->bfqd)
3702                 bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "put_queue: %p %d",
3703                              bfqq, bfqq->ref);
3704
3705         bfqq->ref--;
3706         if (bfqq->ref)
3707                 return;
3708
3709         if (bfq_bfqq_sync(bfqq))
3710                 /*
3711                  * The fact that this queue is being destroyed does not
3712                  * invalidate the fact that this queue may have been
3713                  * activated during the current burst. As a consequence,
3714                  * although the queue does not exist anymore, and hence
3715                  * needs to be removed from the burst list if there,
3716                  * the burst size has not to be decremented.
3717                  */
3718                 hlist_del_init(&bfqq->burst_list_node);
3719
3720         kmem_cache_free(bfq_pool, bfqq);
3721 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
3722         bfqg_and_blkg_put(bfqg);
3723 #endif
3724 }
3725
3726 static void bfq_put_cooperator(struct bfq_queue *bfqq)
3727 {
3728         struct bfq_queue *__bfqq, *next;
3729
3730         /*
3731          * If this queue was scheduled to merge with another queue, be
3732          * sure to drop the reference taken on that queue (and others in
3733          * the merge chain). See bfq_setup_merge and bfq_merge_bfqqs.
3734          */
3735         __bfqq = bfqq->new_bfqq;
3736         while (__bfqq) {
3737                 if (__bfqq == bfqq)
3738                         break;
3739                 next = __bfqq->new_bfqq;
3740                 bfq_put_queue(__bfqq);
3741                 __bfqq = next;
3742         }
3743 }
3744
3745 static void bfq_exit_bfqq(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
3746 {
3747         if (bfqq == bfqd->in_service_queue) {
3748                 __bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq);
3749                 bfq_schedule_dispatch(bfqd);
3750         }
3751
3752         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "exit_bfqq: %p, %d", bfqq, bfqq->ref);
3753
3754         bfq_put_cooperator(bfqq);
3755
3756         bfq_put_queue(bfqq); /* release process reference */
3757 }
3758
3759 static void bfq_exit_icq_bfqq(struct bfq_io_cq *bic, bool is_sync)
3760 {
3761         struct bfq_queue *bfqq = bic_to_bfqq(bic, is_sync);
3762         struct bfq_data *bfqd;
3763
3764         if (bfqq)
3765                 bfqd = bfqq->bfqd; /* NULL if scheduler already exited */
3766
3767         if (bfqq && bfqd) {
3768                 unsigned long flags;
3769
3770                 spin_lock_irqsave(&bfqd->lock, flags);
3771                 bfqq->bic = NULL;
3772                 bfq_exit_bfqq(bfqd, bfqq);
3773                 bic_set_bfqq(bic, NULL, is_sync);
3774                 spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
3775         }
3776 }
3777
3778 static void bfq_exit_icq(struct io_cq *icq)
3779 {
3780         struct bfq_io_cq *bic = icq_to_bic(icq);
3781
3782         bfq_exit_icq_bfqq(bic, true);
3783         bfq_exit_icq_bfqq(bic, false);
3784 }
3785
3786 /*
3787  * Update the entity prio values; note that the new values will not
3788  * be used until the next (re)activation.
3789  */
3790 static void
3791 bfq_set_next_ioprio_data(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_io_cq *bic)
3792 {
3793         struct task_struct *tsk = current;
3794         int ioprio_class;
3795         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
3796
3797         if (!bfqd)
3798                 return;
3799
3800         ioprio_class = IOPRIO_PRIO_CLASS(bic->ioprio);
3801         switch (ioprio_class) {
3802         default:
3803                 dev_err(bfqq->bfqd->queue->backing_dev_info->dev,
3804                         "bfq: bad prio class %d\n", ioprio_class);
3805                 /* fall through */
3806         case IOPRIO_CLASS_NONE:
3807                 /*
3808                  * No prio set, inherit CPU scheduling settings.
3809                  */
3810                 bfqq->new_ioprio = task_nice_ioprio(tsk);
3811                 bfqq->new_ioprio_class = task_nice_ioclass(tsk);
3812                 break;
3813         case IOPRIO_CLASS_RT:
3814                 bfqq->new_ioprio = IOPRIO_PRIO_DATA(bic->ioprio);
3815                 bfqq->new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_RT;
3816                 break;
3817         case IOPRIO_CLASS_BE:
3818                 bfqq->new_ioprio = IOPRIO_PRIO_DATA(bic->ioprio);
3819                 bfqq->new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_BE;
3820                 break;
3821         case IOPRIO_CLASS_IDLE:
3822                 bfqq->new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_IDLE;
3823                 bfqq->new_ioprio = 7;
3824                 break;
3825         }
3826
3827         if (bfqq->new_ioprio >= IOPRIO_BE_NR) {
3828                 pr_crit("bfq_set_next_ioprio_data: new_ioprio %d\n",
3829                         bfqq->new_ioprio);
3830                 bfqq->new_ioprio = IOPRIO_BE_NR - 1;
3831         }
3832
3833         bfqq->entity.new_weight = bfq_ioprio_to_weight(bfqq->new_ioprio);
3834         bfqq->entity.prio_changed = 1;
3835 }
3836
3837 static struct bfq_queue *bfq_get_queue(struct bfq_data *bfqd,
3838                                        struct bio *bio, bool is_sync,
3839                                        struct bfq_io_cq *bic);
3840
3841 static void bfq_check_ioprio_change(struct bfq_io_cq *bic, struct bio *bio)
3842 {
3843         struct bfq_data *bfqd = bic_to_bfqd(bic);
3844         struct bfq_queue *bfqq;
3845         int ioprio = bic->icq.ioc->ioprio;
3846
3847         /*
3848          * This condition may trigger on a newly created bic, be sure to
3849          * drop the lock before returning.
3850          */
3851         if (unlikely(!bfqd) || likely(bic->ioprio == ioprio))
3852                 return;
3853
3854         bic->ioprio = ioprio;
3855
3856         bfqq = bic_to_bfqq(bic, false);
3857         if (bfqq) {
3858                 /* release process reference on this queue */
3859                 bfq_put_queue(bfqq);
3860                 bfqq = bfq_get_queue(bfqd, bio, BLK_RW_ASYNC, bic);
3861                 bic_set_bfqq(bic, bfqq, false);
3862         }
3863
3864         bfqq = bic_to_bfqq(bic, true);
3865         if (bfqq)
3866                 bfq_set_next_ioprio_data(bfqq, bic);
3867 }
3868
3869 static void bfq_init_bfqq(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
3870                           struct bfq_io_cq *bic, pid_t pid, int is_sync)
3871 {
3872         RB_CLEAR_NODE(&bfqq->entity.rb_node);
3873         INIT_LIST_HEAD(&bfqq->fifo);
3874         INIT_HLIST_NODE(&bfqq->burst_list_node);
3875
3876         bfqq->ref = 0;
3877         bfqq->bfqd = bfqd;
3878
3879         if (bic)
3880                 bfq_set_next_ioprio_data(bfqq, bic);
3881
3882         if (is_sync) {
3883                 /*
3884                  * No need to mark as has_short_ttime if in
3885                  * idle_class, because no device idling is performed
3886                  * for queues in idle class
3887                  */
3888                 if (!bfq_class_idle(bfqq))
3889                         /* tentatively mark as has_short_ttime */
3890                         bfq_mark_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
3891                 bfq_mark_bfqq_sync(bfqq);
3892                 bfq_mark_bfqq_just_created(bfqq);
3893         } else
3894                 bfq_clear_bfqq_sync(bfqq);
3895
3896         /* set end request to minus infinity from now */
3897         bfqq->ttime.last_end_request = ktime_get_ns() + 1;
3898
3899         bfq_mark_bfqq_IO_bound(bfqq);
3900
3901         bfqq->pid = pid;
3902
3903         /* Tentative initial value to trade off between thr and lat */
3904         bfqq->max_budget = (2 * bfq_max_budget(bfqd)) / 3;
3905         bfqq->budget_timeout = bfq_smallest_from_now();
3906
3907         bfqq->wr_coeff = 1;
3908         bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
3909         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt = bfq_smallest_from_now();
3910         bfqq->split_time = bfq_smallest_from_now();
3911
3912         /*
3913          * Set to the value for which bfqq will not be deemed as
3914          * soft rt when it becomes backlogged.
3915          */
3916         bfqq->soft_rt_next_start = bfq_greatest_from_now();
3917
3918         /* first request is almost certainly seeky */
3919         bfqq->seek_history = 1;
3920 }
3921
3922 static struct bfq_queue **bfq_async_queue_prio(struct bfq_data *bfqd,
3923                                                struct bfq_group *bfqg,
3924                                                int ioprio_class, int ioprio)
3925 {
3926         switch (ioprio_class) {
3927         case IOPRIO_CLASS_RT:
3928                 return &bfqg->async_bfqq[0][ioprio];
3929         case IOPRIO_CLASS_NONE:
3930                 ioprio = IOPRIO_NORM;
3931                 /* fall through */
3932         case IOPRIO_CLASS_BE:
3933                 return &bfqg->async_bfqq[1][ioprio];
3934         case IOPRIO_CLASS_IDLE:
3935                 return &bfqg->async_idle_bfqq;
3936         default:
3937                 return NULL;
3938         }
3939 }
3940
3941 static struct bfq_queue *bfq_get_queue(struct bfq_data *bfqd,
3942                                        struct bio *bio, bool is_sync,
3943                                        struct bfq_io_cq *bic)
3944 {
3945         const int ioprio = IOPRIO_PRIO_DATA(bic->ioprio);
3946         const int ioprio_class = IOPRIO_PRIO_CLASS(bic->ioprio);
3947         struct bfq_queue **async_bfqq = NULL;
3948         struct bfq_queue *bfqq;
3949         struct bfq_group *bfqg;
3950
3951         rcu_read_lock();
3952
3953         bfqg = bfq_find_set_group(bfqd, bio_blkcg(bio));
3954         if (!bfqg) {
3955                 bfqq = &bfqd->oom_bfqq;
3956                 goto out;
3957         }
3958
3959         if (!is_sync) {
3960                 async_bfqq = bfq_async_queue_prio(bfqd, bfqg, ioprio_class,
3961                                                   ioprio);
3962                 bfqq = *async_bfqq;
3963                 if (bfqq)
3964                         goto out;
3965         }
3966
3967         bfqq = kmem_cache_alloc_node(bfq_pool,
3968                                      GFP_NOWAIT | __GFP_ZERO | __GFP_NOWARN,
3969                                      bfqd->queue->node);
3970
3971         if (bfqq) {
3972                 bfq_init_bfqq(bfqd, bfqq, bic, current->pid,
3973                               is_sync);
3974                 bfq_init_entity(&bfqq->entity, bfqg);
3975                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "allocated");
3976         } else {
3977                 bfqq = &bfqd->oom_bfqq;
3978                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "using oom bfqq");
3979                 goto out;
3980         }
3981
3982         /*
3983          * Pin the queue now that it's allocated, scheduler exit will
3984          * prune it.
3985          */
3986         if (async_bfqq) {
3987                 bfqq->ref++; /*
3988                               * Extra group reference, w.r.t. sync
3989                               * queue. This extra reference is removed
3990                               * only if bfqq->bfqg disappears, to
3991                               * guarantee that this queue is not freed
3992                               * until its group goes away.
3993                               */
3994                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "get_queue, bfqq not in async: %p, %d",
3995                              bfqq, bfqq->ref);
3996                 *async_bfqq = bfqq;
3997         }
3998
3999 out:
4000         bfqq->ref++; /* get a process reference to this queue */
4001         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "get_queue, at end: %p, %d", bfqq, bfqq->ref);
4002         rcu_read_unlock();
4003         return bfqq;
4004 }
4005
4006 static void bfq_update_io_thinktime(struct bfq_data *bfqd,
4007                                     struct bfq_queue *bfqq)
4008 {
4009         struct bfq_ttime *ttime = &bfqq->ttime;
4010         u64 elapsed = ktime_get_ns() - bfqq->ttime.last_end_request;
4011
4012         elapsed = min_t(u64, elapsed, 2ULL * bfqd->bfq_slice_idle);
4013
4014         ttime->ttime_samples = (7*bfqq->ttime.ttime_samples + 256) / 8;
4015         ttime->ttime_total = div_u64(7*ttime->ttime_total + 256*elapsed,  8);
4016         ttime->ttime_mean = div64_ul(ttime->ttime_total + 128,
4017                                      ttime->ttime_samples);
4018 }
4019
4020 static void
4021 bfq_update_io_seektime(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
4022                        struct request *rq)
4023 {
4024         bfqq->seek_history <<= 1;
4025         bfqq->seek_history |=
4026                 get_sdist(bfqq->last_request_pos, rq) > BFQQ_SEEK_THR &&
4027                 (!blk_queue_nonrot(bfqd->queue) ||
4028                  blk_rq_sectors(rq) < BFQQ_SECT_THR_NONROT);
4029 }
4030
4031 static void bfq_update_has_short_ttime(struct bfq_data *bfqd,
4032                                        struct bfq_queue *bfqq,
4033                                        struct bfq_io_cq *bic)
4034 {
4035         bool has_short_ttime = true;
4036
4037         /*
4038          * No need to update has_short_ttime if bfqq is async or in
4039          * idle io prio class, or if bfq_slice_idle is zero, because
4040          * no device idling is performed for bfqq in this case.
4041          */
4042         if (!bfq_bfqq_sync(bfqq) || bfq_class_idle(bfqq) ||
4043             bfqd->bfq_slice_idle == 0)
4044                 return;
4045
4046         /* Idle window just restored, statistics are meaningless. */
4047         if (time_is_after_eq_jiffies(bfqq->split_time +
4048                                      bfqd->bfq_wr_min_idle_time))
4049                 return;
4050
4051         /* Think time is infinite if no process is linked to
4052          * bfqq. Otherwise check average think time to
4053          * decide whether to mark as has_short_ttime
4054          */
4055         if (atomic_read(&bic->icq.ioc->active_ref) == 0 ||
4056             (bfq_sample_valid(bfqq->ttime.ttime_samples) &&
4057              bfqq->ttime.ttime_mean > bfqd->bfq_slice_idle))
4058                 has_short_ttime = false;
4059
4060         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "update_has_short_ttime: has_short_ttime %d",
4061                      has_short_ttime);
4062
4063         if (has_short_ttime)
4064                 bfq_mark_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
4065         else
4066                 bfq_clear_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
4067 }
4068
4069 /*
4070  * Called when a new fs request (rq) is added to bfqq.  Check if there's
4071  * something we should do about it.
4072  */
4073 static void bfq_rq_enqueued(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
4074                             struct request *rq)
4075 {
4076         struct bfq_io_cq *bic = RQ_BIC(rq);
4077
4078         if (rq->cmd_flags & REQ_META)
4079                 bfqq->meta_pending++;
4080
4081         bfq_update_io_thinktime(bfqd, bfqq);
4082         bfq_update_has_short_ttime(bfqd, bfqq, bic);
4083         bfq_update_io_seektime(bfqd, bfqq, rq);
4084
4085         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq,
4086                      "rq_enqueued: has_short_ttime=%d (seeky %d)",
4087                      bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq), BFQQ_SEEKY(bfqq));
4088
4089         bfqq->last_request_pos = blk_rq_pos(rq) + blk_rq_sectors(rq);
4090
4091         if (bfqq == bfqd->in_service_queue && bfq_bfqq_wait_request(bfqq)) {
4092                 bool small_req = bfqq->queued[rq_is_sync(rq)] == 1 &&
4093                                  blk_rq_sectors(rq) < 32;
4094                 bool budget_timeout = bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq);
4095
4096                 /*
4097                  * There is just this request queued: if the request
4098                  * is small and the queue is not to be expired, then
4099                  * just exit.
4100                  *
4101                  * In this way, if the device is being idled to wait
4102                  * for a new request from the in-service queue, we
4103                  * avoid unplugging the device and committing the
4104                  * device to serve just a small request. On the
4105                  * contrary, we wait for the block layer to decide
4106                  * when to unplug the device: hopefully, new requests
4107                  * will be merged to this one quickly, then the device
4108                  * will be unplugged and larger requests will be
4109                  * dispatched.
4110                  */
4111                 if (small_req && !budget_timeout)
4112                         return;
4113
4114                 /*
4115                  * A large enough request arrived, or the queue is to
4116                  * be expired: in both cases disk idling is to be
4117                  * stopped, so clear wait_request flag and reset
4118                  * timer.
4119                  */
4120                 bfq_clear_bfqq_wait_request(bfqq);
4121                 hrtimer_try_to_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
4122                 bfqg_stats_update_idle_time(bfqq_group(bfqq));
4123
4124                 /*
4125                  * The queue is not empty, because a new request just
4126                  * arrived. Hence we can safely expire the queue, in
4127                  * case of budget timeout, without risking that the
4128                  * timestamps of the queue are not updated correctly.
4129                  * See [1] for more details.
4130                  */
4131                 if (budget_timeout)
4132                         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false,
4133                                         BFQQE_BUDGET_TIMEOUT);
4134         }
4135 }
4136
4137 static void __bfq_insert_request(struct bfq_data *bfqd, struct request *rq)
4138 {
4139         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq),
4140                 *new_bfqq = bfq_setup_cooperator(bfqd, bfqq, rq, true);
4141
4142         if (new_bfqq) {
4143                 if (bic_to_bfqq(RQ_BIC(rq), 1) != bfqq)
4144                         new_bfqq = bic_to_bfqq(RQ_BIC(rq), 1);
4145                 /*
4146                  * Release the request's reference to the old bfqq
4147                  * and make sure one is taken to the shared queue.
4148                  */
4149                 new_bfqq->allocated++;
4150                 bfqq->allocated--;
4151                 new_bfqq->ref++;
4152                 bfq_clear_bfqq_just_created(bfqq);
4153                 /*
4154                  * If the bic associated with the process
4155                  * issuing this request still points to bfqq
4156                  * (and thus has not been already redirected
4157                  * to new_bfqq or even some other bfq_queue),
4158                  * then complete the merge and redirect it to
4159                  * new_bfqq.
4160                  */
4161                 if (bic_to_bfqq(RQ_BIC(rq), 1) == bfqq)
4162                         bfq_merge_bfqqs(bfqd, RQ_BIC(rq),
4163                                         bfqq, new_bfqq);
4164                 /*
4165                  * rq is about to be enqueued into new_bfqq,
4166                  * release rq reference on bfqq
4167                  */
4168                 bfq_put_queue(bfqq);
4169                 rq->elv.priv[1] = new_bfqq;
4170                 bfqq = new_bfqq;
4171         }
4172
4173         bfq_add_request(rq);
4174
4175         rq->fifo_time = ktime_get_ns() + bfqd->bfq_fifo_expire[rq_is_sync(rq)];
4176         list_add_tail(&rq->queuelist, &bfqq->fifo);
4177
4178         bfq_rq_enqueued(bfqd, bfqq, rq);
4179 }
4180
4181 static void bfq_insert_request(struct blk_mq_hw_ctx *hctx, struct request *rq,
4182                                bool at_head)
4183 {
4184         struct request_queue *q = hctx->queue;
4185         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
4186
4187         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
4188         if (blk_mq_sched_try_insert_merge(q, rq)) {
4189                 spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
4190                 return;
4191         }
4192
4193         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
4194
4195         blk_mq_sched_request_inserted(rq);
4196
4197         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
4198         if (at_head || blk_rq_is_passthrough(rq)) {
4199                 if (at_head)
4200                         list_add(&rq->queuelist, &bfqd->dispatch);
4201                 else
4202                         list_add_tail(&rq->queuelist, &bfqd->dispatch);
4203         } else {
4204                 __bfq_insert_request(bfqd, rq);
4205
4206                 if (rq_mergeable(rq)) {
4207                         elv_rqhash_add(q, rq);
4208                         if (!q->last_merge)
4209                                 q->last_merge = rq;
4210                 }
4211         }
4212
4213         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
4214 }
4215
4216 static void bfq_insert_requests(struct blk_mq_hw_ctx *hctx,
4217                                 struct list_head *list, bool at_head)
4218 {
4219         while (!list_empty(list)) {
4220                 struct request *rq;
4221
4222                 rq = list_first_entry(list, struct request, queuelist);
4223                 list_del_init(&rq->queuelist);
4224                 bfq_insert_request(hctx, rq, at_head);
4225         }
4226 }
4227
4228 static void bfq_update_hw_tag(struct bfq_data *bfqd)
4229 {
4230         bfqd->max_rq_in_driver = max_t(int, bfqd->max_rq_in_driver,
4231                                        bfqd->rq_in_driver);
4232
4233         if (bfqd->hw_tag == 1)
4234                 return;
4235
4236         /*
4237          * This sample is valid if the number of outstanding requests
4238          * is large enough to allow a queueing behavior.  Note that the
4239          * sum is not exact, as it's not taking into account deactivated
4240          * requests.
4241          */
4242         if (bfqd->rq_in_driver + bfqd->queued < BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD)
4243                 return;
4244
4245         if (bfqd->hw_tag_samples++ < BFQ_HW_QUEUE_SAMPLES)
4246                 return;
4247
4248         bfqd->hw_tag = bfqd->max_rq_in_driver > BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD;
4249         bfqd->max_rq_in_driver = 0;
4250         bfqd->hw_tag_samples = 0;
4251 }
4252
4253 static void bfq_completed_request(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_data *bfqd)
4254 {
4255         u64 now_ns;
4256         u32 delta_us;
4257
4258         bfq_update_hw_tag(bfqd);
4259
4260         bfqd->rq_in_driver--;
4261         bfqq->dispatched--;
4262
4263         if (!bfqq->dispatched && !bfq_bfqq_busy(bfqq)) {
4264                 /*
4265                  * Set budget_timeout (which we overload to store the
4266                  * time at which the queue remains with no backlog and
4267                  * no outstanding request; used by the weight-raising
4268                  * mechanism).
4269                  */
4270                 bfqq->budget_timeout = jiffies;
4271
4272                 bfq_weights_tree_remove(bfqd, &bfqq->entity,
4273                                         &bfqd->queue_weights_tree);
4274         }
4275
4276         now_ns = ktime_get_ns();
4277
4278         bfqq->ttime.last_end_request = now_ns;
4279
4280         /*
4281          * Using us instead of ns, to get a reasonable precision in
4282          * computing rate in next check.
4283          */
4284         delta_us = div_u64(now_ns - bfqd->last_completion, NSEC_PER_USEC);
4285
4286         /*
4287          * If the request took rather long to complete, and, according
4288          * to the maximum request size recorded, this completion latency
4289          * implies that the request was certainly served at a very low
4290          * rate (less than 1M sectors/sec), then the whole observation
4291          * interval that lasts up to this time instant cannot be a
4292          * valid time interval for computing a new peak rate.  Invoke
4293          * bfq_update_rate_reset to have the following three steps
4294          * taken:
4295          * - close the observation interval at the last (previous)
4296          *   request dispatch or completion
4297          * - compute rate, if possible, for that observation interval
4298          * - reset to zero samples, which will trigger a proper
4299          *   re-initialization of the observation interval on next
4300          *   dispatch
4301          */
4302         if (delta_us > BFQ_MIN_TT/NSEC_PER_USEC &&
4303            (bfqd->last_rq_max_size<<BFQ_RATE_SHIFT)/delta_us <
4304                         1UL<<(BFQ_RATE_SHIFT - 10))
4305                 bfq_update_rate_reset(bfqd, NULL);
4306         bfqd->last_completion = now_ns;
4307
4308         /*
4309          * If we are waiting to discover whether the request pattern
4310          * of the task associated with the queue is actually
4311          * isochronous, and both requisites for this condition to hold
4312          * are now satisfied, then compute soft_rt_next_start (see the
4313          * comments on the function bfq_bfqq_softrt_next_start()). We
4314          * schedule this delayed check when bfqq expires, if it still
4315          * has in-flight requests.
4316          */
4317         if (bfq_bfqq_softrt_update(bfqq) && bfqq->dispatched == 0 &&
4318             RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list))
4319                 bfqq->soft_rt_next_start =
4320                         bfq_bfqq_softrt_next_start(bfqd, bfqq);
4321
4322         /*
4323          * If this is the in-service queue, check if it needs to be expired,
4324          * or if we want to idle in case it has no pending requests.
4325          */
4326         if (bfqd->in_service_queue == bfqq) {
4327                 if (bfqq->dispatched == 0 && bfq_bfqq_must_idle(bfqq)) {
4328                         bfq_arm_slice_timer(bfqd);
4329                         return;
4330                 } else if (bfq_may_expire_for_budg_timeout(bfqq))
4331                         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false,
4332                                         BFQQE_BUDGET_TIMEOUT);
4333                 else if (RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) &&
4334                          (bfqq->dispatched == 0 ||
4335                           !bfq_bfqq_may_idle(bfqq)))
4336                         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false,
4337                                         BFQQE_NO_MORE_REQUESTS);
4338         }
4339
4340         if (!bfqd->rq_in_driver)
4341                 bfq_schedule_dispatch(bfqd);
4342 }
4343
4344 static void bfq_put_rq_priv_body(struct bfq_queue *bfqq)
4345 {
4346         bfqq->allocated--;
4347
4348         bfq_put_queue(bfqq);
4349 }
4350
4351 static void bfq_finish_request(struct request *rq)
4352 {
4353         struct bfq_queue *bfqq;
4354         struct bfq_data *bfqd;
4355
4356         if (!rq->elv.icq)
4357                 return;
4358
4359         bfqq = RQ_BFQQ(rq);
4360         bfqd = bfqq->bfqd;
4361
4362         if (rq->rq_flags & RQF_STARTED)
4363                 bfqg_stats_update_completion(bfqq_group(bfqq),
4364                                              rq_start_time_ns(rq),
4365                                              rq_io_start_time_ns(rq),
4366                                              rq->cmd_flags);
4367
4368         if (likely(rq->rq_flags & RQF_STARTED)) {
4369                 unsigned long flags;
4370
4371                 spin_lock_irqsave(&bfqd->lock, flags);
4372
4373                 bfq_completed_request(bfqq, bfqd);
4374                 bfq_put_rq_priv_body(bfqq);
4375
4376                 spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
4377         } else {
4378                 /*
4379                  * Request rq may be still/already in the scheduler,
4380                  * in which case we need to remove it. And we cannot
4381                  * defer such a check and removal, to avoid
4382                  * inconsistencies in the time interval from the end
4383                  * of this function to the start of the deferred work.
4384                  * This situation seems to occur only in process
4385                  * context, as a consequence of a merge. In the
4386                  * current version of the code, this implies that the
4387                  * lock is held.
4388                  */
4389
4390                 if (!RB_EMPTY_NODE(&rq->rb_node))
4391                         bfq_remove_request(rq->q, rq);
4392                 bfq_put_rq_priv_body(bfqq);
4393         }
4394
4395         rq->elv.priv[0] = NULL;
4396         rq->elv.priv[1] = NULL;
4397 }
4398
4399 /*
4400  * Returns NULL if a new bfqq should be allocated, or the old bfqq if this
4401  * was the last process referring to that bfqq.
4402  */
4403 static struct bfq_queue *
4404 bfq_split_bfqq(struct bfq_io_cq *bic, struct bfq_queue *bfqq)
4405 {
4406         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "splitting queue");
4407
4408         if (bfqq_process_refs(bfqq) == 1) {
4409                 bfqq->pid = current->pid;
4410                 bfq_clear_bfqq_coop(bfqq);
4411                 bfq_clear_bfqq_split_coop(bfqq);
4412                 return bfqq;
4413         }
4414
4415         bic_set_bfqq(bic, NULL, 1);
4416
4417         bfq_put_cooperator(bfqq);
4418
4419         bfq_put_queue(bfqq);
4420         return NULL;
4421 }
4422
4423 static struct bfq_queue *bfq_get_bfqq_handle_split(struct bfq_data *bfqd,
4424                                                    struct bfq_io_cq *bic,
4425                                                    struct bio *bio,
4426                                                    bool split, bool is_sync,
4427                                                    bool *new_queue)
4428 {
4429         struct bfq_queue *bfqq = bic_to_bfqq(bic, is_sync);
4430
4431         if (likely(bfqq && bfqq != &bfqd->oom_bfqq))
4432                 return bfqq;
4433
4434         if (new_queue)
4435                 *new_queue = true;
4436
4437         if (bfqq)
4438                 bfq_put_queue(bfqq);
4439         bfqq = bfq_get_queue(bfqd, bio, is_sync, bic);
4440
4441         bic_set_bfqq(bic, bfqq, is_sync);
4442         if (split && is_sync) {
4443                 if ((bic->was_in_burst_list && bfqd->large_burst) ||
4444                     bic->saved_in_large_burst)
4445                         bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq);
4446                 else {
4447                         bfq_clear_bfqq_in_large_burst(bfqq);
4448                         if (bic->was_in_burst_list)
4449                                 hlist_add_head(&bfqq->burst_list_node,
4450                                                &bfqd->burst_list);
4451                 }
4452                 bfqq->split_time = jiffies;
4453         }
4454
4455         return bfqq;
4456 }
4457
4458 /*
4459  * Allocate bfq data structures associated with this request.
4460  */
4461 static void bfq_prepare_request(struct request *rq, struct bio *bio)
4462 {
4463         struct request_queue *q = rq->q;
4464         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
4465         struct bfq_io_cq *bic;
4466         const int is_sync = rq_is_sync(rq);
4467         struct bfq_queue *bfqq;
4468         bool new_queue = false;
4469         bool bfqq_already_existing = false, split = false;
4470
4471         /*
4472          * Even if we don't have an icq attached, we should still clear
4473          * the scheduler pointers, as they might point to previously
4474          * allocated bic/bfqq structs.
4475          */
4476         if (!rq->elv.icq) {
4477                 rq->elv.priv[0] = rq->elv.priv[1] = NULL;
4478                 return;
4479         }
4480
4481         bic = icq_to_bic(rq->elv.icq);
4482
4483         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
4484
4485         bfq_check_ioprio_change(bic, bio);
4486
4487         bfq_bic_update_cgroup(bic, bio);
4488
4489         bfqq = bfq_get_bfqq_handle_split(bfqd, bic, bio, false, is_sync,
4490                                          &new_queue);
4491
4492         if (likely(!new_queue)) {
4493                 /* If the queue was seeky for too long, break it apart. */
4494                 if (bfq_bfqq_coop(bfqq) && bfq_bfqq_split_coop(bfqq)) {
4495                         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "breaking apart bfqq");
4496
4497                         /* Update bic before losing reference to bfqq */
4498                         if (bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq))
4499                                 bic->saved_in_large_burst = true;
4500
4501                         bfqq = bfq_split_bfqq(bic, bfqq);
4502                         split = true;
4503
4504                         if (!bfqq)
4505                                 bfqq = bfq_get_bfqq_handle_split(bfqd, bic, bio,
4506                                                                  true, is_sync,
4507                                                                  NULL);
4508                         else
4509                                 bfqq_already_existing = true;
4510                 }
4511         }
4512
4513         bfqq->allocated++;
4514         bfqq->ref++;
4515         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "get_request %p: bfqq %p, %d",
4516                      rq, bfqq, bfqq->ref);
4517
4518         rq->elv.priv[0] = bic;
4519         rq->elv.priv[1] = bfqq;
4520
4521         /*
4522          * If a bfq_queue has only one process reference, it is owned
4523          * by only this bic: we can then set bfqq->bic = bic. in
4524          * addition, if the queue has also just been split, we have to
4525          * resume its state.
4526          */
4527         if (likely(bfqq != &bfqd->oom_bfqq) && bfqq_process_refs(bfqq) == 1) {
4528                 bfqq->bic = bic;
4529                 if (split) {
4530                         /*
4531                          * The queue has just been split from a shared
4532                          * queue: restore the idle window and the
4533                          * possible weight raising period.
4534                          */
4535                         bfq_bfqq_resume_state(bfqq, bfqd, bic,
4536                                               bfqq_already_existing);
4537                 }
4538         }
4539
4540         if (unlikely(bfq_bfqq_just_created(bfqq)))
4541                 bfq_handle_burst(bfqd, bfqq);
4542
4543         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
4544 }
4545
4546 static void
4547 bfq_idle_slice_timer_body(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
4548 {
4549         enum bfqq_expiration reason;
4550         unsigned long flags;
4551
4552         spin_lock_irqsave(&bfqd->lock, flags);
4553
4554         /*
4555          * Considering that bfqq may be in race, we should firstly check
4556          * whether bfqq is in service before doing something on it. If
4557          * the bfqq in race is not in service, it has already been expired
4558          * through __bfq_bfqq_expire func and its wait_request flags has
4559          * been cleared in __bfq_bfqd_reset_in_service func.
4560          */
4561         if (bfqq != bfqd->in_service_queue) {
4562                 spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
4563                 return;
4564         }
4565
4566         bfq_clear_bfqq_wait_request(bfqq);
4567
4568         if (bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq))
4569                 /*
4570                  * Also here the queue can be safely expired
4571                  * for budget timeout without wasting
4572                  * guarantees
4573                  */
4574                 reason = BFQQE_BUDGET_TIMEOUT;
4575         else if (bfqq->queued[0] == 0 && bfqq->queued[1] == 0)
4576                 /*
4577                  * The queue may not be empty upon timer expiration,
4578                  * because we may not disable the timer when the
4579                  * first request of the in-service queue arrives
4580                  * during disk idling.
4581                  */
4582                 reason = BFQQE_TOO_IDLE;
4583         else
4584                 goto schedule_dispatch;
4585
4586         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, true, reason);
4587
4588 schedule_dispatch:
4589         bfq_schedule_dispatch(bfqd);
4590         spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
4591 }
4592
4593 /*
4594  * Handler of the expiration of the timer running if the in-service queue
4595  * is idling inside its time slice.
4596  */
4597 static enum hrtimer_restart bfq_idle_slice_timer(struct hrtimer *timer)
4598 {
4599         struct bfq_data *bfqd = container_of(timer, struct bfq_data,
4600                                              idle_slice_timer);
4601         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->in_service_queue;
4602
4603         /*
4604          * Theoretical race here: the in-service queue can be NULL or
4605          * different from the queue that was idling if a new request
4606          * arrives for the current queue and there is a full dispatch
4607          * cycle that changes the in-service queue.  This can hardly
4608          * happen, but in the worst case we just expire a queue too
4609          * early.
4610          */
4611         if (bfqq)
4612                 bfq_idle_slice_timer_body(bfqd, bfqq);
4613
4614         return HRTIMER_NORESTART;
4615 }
4616
4617 static void __bfq_put_async_bfqq(struct bfq_data *bfqd,
4618                                  struct bfq_queue **bfqq_ptr)
4619 {
4620         struct bfq_queue *bfqq = *bfqq_ptr;
4621
4622         bfq_log(bfqd, "put_async_bfqq: %p", bfqq);
4623         if (bfqq) {
4624                 bfq_bfqq_move(bfqd, bfqq, bfqd->root_group);
4625
4626                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "put_async_bfqq: putting %p, %d",
4627                              bfqq, bfqq->ref);
4628                 bfq_put_queue(bfqq);
4629                 *bfqq_ptr = NULL;
4630         }
4631 }
4632
4633 /*
4634  * Release all the bfqg references to its async queues.  If we are
4635  * deallocating the group these queues may still contain requests, so
4636  * we reparent them to the root cgroup (i.e., the only one that will
4637  * exist for sure until all the requests on a device are gone).
4638  */
4639 void bfq_put_async_queues(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_group *bfqg)
4640 {
4641         int i, j;
4642
4643         for (i = 0; i < 2; i++)
4644                 for (j = 0; j < IOPRIO_BE_NR; j++)
4645                         __bfq_put_async_bfqq(bfqd, &bfqg->async_bfqq[i][j]);
4646
4647         __bfq_put_async_bfqq(bfqd, &bfqg->async_idle_bfqq);
4648 }
4649
4650 static void bfq_exit_queue(struct elevator_queue *e)
4651 {
4652         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
4653         struct bfq_queue *bfqq, *n;
4654
4655         hrtimer_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
4656
4657         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
4658         list_for_each_entry_safe(bfqq, n, &bfqd->idle_list, bfqq_list)
4659                 bfq_deactivate_bfqq(bfqd, bfqq, false, false);
4660         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
4661
4662         hrtimer_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
4663
4664 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
4665         blkcg_deactivate_policy(bfqd->queue, &blkcg_policy_bfq);
4666 #else
4667         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
4668         bfq_put_async_queues(bfqd, bfqd->root_group);
4669         kfree(bfqd->root_group);
4670         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
4671 #endif
4672
4673         kfree(bfqd);
4674 }
4675
4676 static void bfq_init_root_group(struct bfq_group *root_group,
4677                                 struct bfq_data *bfqd)
4678 {
4679         int i;
4680
4681 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
4682         root_group->entity.parent = NULL;
4683         root_group->my_entity = NULL;
4684         root_group->bfqd = bfqd;
4685 #endif
4686         root_group->rq_pos_tree = RB_ROOT;
4687         for (i = 0; i < BFQ_IOPRIO_CLASSES; i++)
4688                 root_group->sched_data.service_tree[i] = BFQ_SERVICE_TREE_INIT;
4689         root_group->sched_data.bfq_class_idle_last_service = jiffies;
4690 }
4691
4692 static int bfq_init_queue(struct request_queue *q, struct elevator_type *e)
4693 {
4694         struct bfq_data *bfqd;
4695         struct elevator_queue *eq;
4696
4697         eq = elevator_alloc(q, e);
4698         if (!eq)
4699                 return -ENOMEM;
4700
4701         bfqd = kzalloc_node(sizeof(*bfqd), GFP_KERNEL, q->node);
4702         if (!bfqd) {
4703                 kobject_put(&eq->kobj);
4704                 return -ENOMEM;
4705         }
4706         eq->elevator_data = bfqd;
4707
4708         spin_lock_irq(q->queue_lock);
4709         q->elevator = eq;
4710         spin_unlock_irq(q->queue_lock);
4711
4712         /*
4713          * Our fallback bfqq if bfq_find_alloc_queue() runs into OOM issues.
4714          * Grab a permanent reference to it, so that the normal code flow
4715          * will not attempt to free it.
4716          */
4717         bfq_init_bfqq(bfqd, &bfqd->oom_bfqq, NULL, 1, 0);
4718         bfqd->oom_bfqq.ref++;
4719         bfqd->oom_bfqq.new_ioprio = BFQ_DEFAULT_QUEUE_IOPRIO;
4720         bfqd->oom_bfqq.new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_BE;
4721         bfqd->oom_bfqq.entity.new_weight =
4722                 bfq_ioprio_to_weight(bfqd->oom_bfqq.new_ioprio);
4723
4724         /* oom_bfqq does not participate to bursts */
4725         bfq_clear_bfqq_just_created(&bfqd->oom_bfqq);
4726
4727         /*
4728          * Trigger weight initialization, according to ioprio, at the
4729          * oom_bfqq's first activation. The oom_bfqq's ioprio and ioprio
4730          * class won't be changed any more.
4731          */
4732         bfqd->oom_bfqq.entity.prio_changed = 1;
4733
4734         bfqd->queue = q;
4735
4736         INIT_LIST_HEAD(&bfqd->dispatch);
4737
4738         hrtimer_init(&bfqd->idle_slice_timer, CLOCK_MONOTONIC,
4739                      HRTIMER_MODE_REL);
4740         bfqd->idle_slice_timer.function = bfq_idle_slice_timer;
4741
4742         bfqd->queue_weights_tree = RB_ROOT;
4743         bfqd->group_weights_tree = RB_ROOT;
4744
4745         INIT_LIST_HEAD(&bfqd->active_list);
4746         INIT_LIST_HEAD(&bfqd->idle_list);
4747         INIT_HLIST_HEAD(&bfqd->burst_list);
4748
4749         bfqd->hw_tag = -1;
4750
4751         bfqd->bfq_max_budget = bfq_default_max_budget;
4752
4753         bfqd->bfq_fifo_expire[0] = bfq_fifo_expire[0];
4754         bfqd->bfq_fifo_expire[1] = bfq_fifo_expire[1];
4755         bfqd->bfq_back_max = bfq_back_max;
4756         bfqd->bfq_back_penalty = bfq_back_penalty;
4757         bfqd->bfq_slice_idle = bfq_slice_idle;
4758         bfqd->bfq_timeout = bfq_timeout;
4759
4760         bfqd->bfq_requests_within_timer = 120;
4761
4762         bfqd->bfq_large_burst_thresh = 8;
4763         bfqd->bfq_burst_interval = msecs_to_jiffies(180);
4764
4765         bfqd->low_latency = true;
4766
4767         /*
4768          * Trade-off between responsiveness and fairness.
4769          */
4770         bfqd->bfq_wr_coeff = 30;
4771         bfqd->bfq_wr_rt_max_time = msecs_to_jiffies(300);
4772         bfqd->bfq_wr_max_time = 0;
4773         bfqd->bfq_wr_min_idle_time = msecs_to_jiffies(2000);
4774         bfqd->bfq_wr_min_inter_arr_async = msecs_to_jiffies(500);
4775         bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate = 7000; /*
4776                                               * Approximate rate required
4777                                               * to playback or record a
4778                                               * high-definition compressed
4779                                               * video.
4780                                               */
4781         bfqd->wr_busy_queues = 0;
4782
4783         /*
4784          * Begin by assuming, optimistically, that the device is a
4785          * high-speed one, and that its peak rate is equal to 2/3 of
4786          * the highest reference rate.
4787          */
4788         bfqd->RT_prod = R_fast[blk_queue_nonrot(bfqd->queue)] *
4789                         T_fast[blk_queue_nonrot(bfqd->queue)];
4790         bfqd->peak_rate = R_fast[blk_queue_nonrot(bfqd->queue)] * 2 / 3;
4791         bfqd->device_speed = BFQ_BFQD_FAST;
4792
4793         spin_lock_init(&bfqd->lock);
4794
4795         /*
4796          * The invocation of the next bfq_create_group_hierarchy
4797          * function is the head of a chain of function calls
4798          * (bfq_create_group_hierarchy->blkcg_activate_policy->
4799          * blk_mq_freeze_queue) that may lead to the invocation of the
4800          * has_work hook function. For this reason,
4801          * bfq_create_group_hierarchy is invoked only after all
4802          * scheduler data has been initialized, apart from the fields
4803          * that can be initialized only after invoking
4804          * bfq_create_group_hierarchy. This, in particular, enables
4805          * has_work to correctly return false. Of course, to avoid
4806          * other inconsistencies, the blk-mq stack must then refrain
4807          * from invoking further scheduler hooks before this init
4808          * function is finished.
4809          */
4810         bfqd->root_group = bfq_create_group_hierarchy(bfqd, q->node);
4811         if (!bfqd->root_group)
4812                 goto out_free;
4813         bfq_init_root_group(bfqd->root_group, bfqd);
4814         bfq_init_entity(&bfqd->oom_bfqq.entity, bfqd->root_group);
4815
4816         wbt_disable_default(q);
4817         return 0;
4818
4819 out_free:
4820         kfree(bfqd);
4821         kobject_put(&eq->kobj);
4822         return -ENOMEM;
4823 }
4824
4825 static void bfq_slab_kill(void)
4826 {
4827         kmem_cache_destroy(bfq_pool);
4828 }
4829
4830 static int __init bfq_slab_setup(void)
4831 {
4832         bfq_pool = KMEM_CACHE(bfq_queue, 0);
4833         if (!bfq_pool)
4834                 return -ENOMEM;
4835         return 0;
4836 }
4837
4838 static ssize_t bfq_var_show(unsigned int var, char *page)
4839 {
4840         return sprintf(page, "%u\n", var);
4841 }
4842
4843 static int bfq_var_store(unsigned long *var, const char *page)
4844 {
4845         unsigned long new_val;
4846         int ret = kstrtoul(page, 10, &new_val);
4847
4848         if (ret)
4849                 return ret;
4850         *var = new_val;
4851         return 0;
4852 }
4853
4854 #define SHOW_FUNCTION(__FUNC, __VAR, __CONV)                            \
4855 static ssize_t __FUNC(struct elevator_queue *e, char *page)             \
4856 {                                                                       \
4857         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
4858         u64 __data = __VAR;                                             \
4859         if (__CONV == 1)                                                \
4860                 __data = jiffies_to_msecs(__data);                      \
4861         else if (__CONV == 2)                                           \
4862                 __data = div_u64(__data, NSEC_PER_MSEC);                \
4863         return bfq_var_show(__data, (page));                            \
4864 }
4865 SHOW_FUNCTION(bfq_fifo_expire_sync_show, bfqd->bfq_fifo_expire[1], 2);
4866 SHOW_FUNCTION(bfq_fifo_expire_async_show, bfqd->bfq_fifo_expire[0], 2);
4867 SHOW_FUNCTION(bfq_back_seek_max_show, bfqd->bfq_back_max, 0);
4868 SHOW_FUNCTION(bfq_back_seek_penalty_show, bfqd->bfq_back_penalty, 0);
4869 SHOW_FUNCTION(bfq_slice_idle_show, bfqd->bfq_slice_idle, 2);
4870 SHOW_FUNCTION(bfq_max_budget_show, bfqd->bfq_user_max_budget, 0);
4871 SHOW_FUNCTION(bfq_timeout_sync_show, bfqd->bfq_timeout, 1);
4872 SHOW_FUNCTION(bfq_strict_guarantees_show, bfqd->strict_guarantees, 0);
4873 SHOW_FUNCTION(bfq_low_latency_show, bfqd->low_latency, 0);
4874 #undef SHOW_FUNCTION
4875
4876 #define USEC_SHOW_FUNCTION(__FUNC, __VAR)                               \
4877 static ssize_t __FUNC(struct elevator_queue *e, char *page)             \
4878 {                                                                       \
4879         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
4880         u64 __data = __VAR;                                             \
4881         __data = div_u64(__data, NSEC_PER_USEC);                        \
4882         return bfq_var_show(__data, (page));                            \
4883 }
4884 USEC_SHOW_FUNCTION(bfq_slice_idle_us_show, bfqd->bfq_slice_idle);
4885 #undef USEC_SHOW_FUNCTION
4886
4887 #define STORE_FUNCTION(__FUNC, __PTR, MIN, MAX, __CONV)                 \
4888 static ssize_t                                                          \
4889 __FUNC(struct elevator_queue *e, const char *page, size_t count)        \
4890 {                                                                       \
4891         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
4892         unsigned long __data, __min = (MIN), __max = (MAX);             \
4893         int ret;                                                        \
4894                                                                         \
4895         ret = bfq_var_store(&__data, (page));                           \
4896         if (ret)                                                        \
4897                 return ret;                                             \
4898         if (__data < __min)                                             \
4899                 __data = __min;                                         \
4900         else if (__data > __max)                                        \
4901                 __data = __max;                                         \
4902         if (__CONV == 1)                                                \
4903                 *(__PTR) = msecs_to_jiffies(__data);                    \
4904         else if (__CONV == 2)                                           \
4905                 *(__PTR) = (u64)__data * NSEC_PER_MSEC;                 \
4906         else                                                            \
4907                 *(__PTR) = __data;                                      \
4908         return count;                                                   \
4909 }
4910 STORE_FUNCTION(bfq_fifo_expire_sync_store, &bfqd->bfq_fifo_expire[1], 1,
4911                 INT_MAX, 2);
4912 STORE_FUNCTION(bfq_fifo_expire_async_store, &bfqd->bfq_fifo_expire[0], 1,
4913                 INT_MAX, 2);
4914 STORE_FUNCTION(bfq_back_seek_max_store, &bfqd->bfq_back_max, 0, INT_MAX, 0);
4915 STORE_FUNCTION(bfq_back_seek_penalty_store, &bfqd->bfq_back_penalty, 1,
4916                 INT_MAX, 0);
4917 STORE_FUNCTION(bfq_slice_idle_store, &bfqd->bfq_slice_idle, 0, INT_MAX, 2);
4918 #undef STORE_FUNCTION
4919
4920 #define USEC_STORE_FUNCTION(__FUNC, __PTR, MIN, MAX)                    \
4921 static ssize_t __FUNC(struct elevator_queue *e, const char *page, size_t count)\
4922 {                                                                       \
4923         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
4924         unsigned long __data, __min = (MIN), __max = (MAX);             \
4925         int ret;                                                        \
4926                                                                         \
4927         ret = bfq_var_store(&__data, (page));                           \
4928         if (ret)                                                        \
4929                 return ret;                                             \
4930         if (__data < __min)                                             \
4931                 __data = __min;                                         \
4932         else if (__data > __max)                                        \
4933                 __data = __max;                                         \
4934         *(__PTR) = (u64)__data * NSEC_PER_USEC;                         \
4935         return count;                                                   \
4936 }
4937 USEC_STORE_FUNCTION(bfq_slice_idle_us_store, &bfqd->bfq_slice_idle, 0,
4938                     UINT_MAX);
4939 #undef USEC_STORE_FUNCTION
4940
4941 static ssize_t bfq_max_budget_store(struct elevator_queue *e,
4942                                     const char *page, size_t count)
4943 {
4944         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
4945         unsigned long __data;
4946         int ret;
4947
4948         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
4949         if (ret)
4950                 return ret;
4951
4952         if (__data == 0)
4953                 bfqd->bfq_max_budget = bfq_calc_max_budget(bfqd);
4954         else {
4955                 if (__data > INT_MAX)
4956                         __data = INT_MAX;
4957                 bfqd->bfq_max_budget = __data;
4958         }
4959
4960         bfqd->bfq_user_max_budget = __data;
4961
4962         return count;
4963 }
4964
4965 /*
4966  * Leaving this name to preserve name compatibility with cfq
4967  * parameters, but this timeout is used for both sync and async.
4968  */
4969 static ssize_t bfq_timeout_sync_store(struct elevator_queue *e,
4970                                       const char *page, size_t count)
4971 {
4972         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
4973         unsigned long __data;
4974         int ret;
4975
4976         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
4977         if (ret)
4978                 return ret;
4979
4980         if (__data < 1)
4981                 __data = 1;
4982         else if (__data > INT_MAX)
4983                 __data = INT_MAX;
4984
4985         bfqd->bfq_timeout = msecs_to_jiffies(__data);
4986         if (bfqd->bfq_user_max_budget == 0)
4987                 bfqd->bfq_max_budget = bfq_calc_max_budget(bfqd);
4988
4989         return count;
4990 }
4991
4992 static ssize_t bfq_strict_guarantees_store(struct elevator_queue *e,
4993                                      const char *page, size_t count)
4994 {
4995         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
4996         unsigned long __data;
4997         int ret;
4998
4999         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
5000         if (ret)
5001                 return ret;
5002
5003         if (__data > 1)
5004                 __data = 1;
5005         if (!bfqd->strict_guarantees && __data == 1
5006             && bfqd->bfq_slice_idle < 8 * NSEC_PER_MSEC)
5007                 bfqd->bfq_slice_idle = 8 * NSEC_PER_MSEC;
5008
5009         bfqd->strict_guarantees = __data;
5010
5011         return count;
5012 }
5013
5014 static ssize_t bfq_low_latency_store(struct elevator_queue *e,
5015                                      const char *page, size_t count)
5016 {
5017         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
5018         unsigned long __data;
5019         int ret;
5020
5021         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
5022         if (ret)
5023                 return ret;
5024
5025         if (__data > 1)
5026                 __data = 1;
5027         if (__data == 0 && bfqd->low_latency != 0)
5028                 bfq_end_wr(bfqd);
5029         bfqd->low_latency = __data;
5030
5031         return count;
5032 }
5033
5034 #define BFQ_ATTR(name) \
5035         __ATTR(name, 0644, bfq_##name##_show, bfq_##name##_store)
5036
5037 static struct elv_fs_entry bfq_attrs[] = {
5038         BFQ_ATTR(fifo_expire_sync),
5039         BFQ_ATTR(fifo_expire_async),
5040         BFQ_ATTR(back_seek_max),
5041         BFQ_ATTR(back_seek_penalty),
5042         BFQ_ATTR(slice_idle),
5043         BFQ_ATTR(slice_idle_us),
5044         BFQ_ATTR(max_budget),
5045         BFQ_ATTR(timeout_sync),
5046         BFQ_ATTR(strict_guarantees),
5047         BFQ_ATTR(low_latency),
5048         __ATTR_NULL
5049 };
5050
5051 static struct elevator_type iosched_bfq_mq = {
5052         .ops.mq = {
5053                 .prepare_request        = bfq_prepare_request,
5054                 .finish_request         = bfq_finish_request,
5055                 .exit_icq               = bfq_exit_icq,
5056                 .insert_requests        = bfq_insert_requests,
5057                 .dispatch_request       = bfq_dispatch_request,
5058                 .next_request           = elv_rb_latter_request,
5059                 .former_request         = elv_rb_former_request,
5060                 .allow_merge            = bfq_allow_bio_merge,
5061                 .bio_merge              = bfq_bio_merge,
5062                 .request_merge          = bfq_request_merge,
5063                 .requests_merged        = bfq_requests_merged,
5064                 .request_merged         = bfq_request_merged,
5065                 .has_work               = bfq_has_work,
5066                 .init_sched             = bfq_init_queue,
5067                 .exit_sched             = bfq_exit_queue,
5068         },
5069
5070         .uses_mq =              true,
5071         .icq_size =             sizeof(struct bfq_io_cq),
5072         .icq_align =            __alignof__(struct bfq_io_cq),
5073         .elevator_attrs =       bfq_attrs,
5074         .elevator_name =        "bfq",
5075         .elevator_owner =       THIS_MODULE,
5076 };
5077 MODULE_ALIAS("bfq-iosched");
5078
5079 static int __init bfq_init(void)
5080 {
5081         int ret;
5082
5083 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
5084         ret = blkcg_policy_register(&blkcg_policy_bfq);
5085         if (ret)
5086                 return ret;
5087 #endif
5088
5089         ret = -ENOMEM;
5090         if (bfq_slab_setup())
5091                 goto err_pol_unreg;
5092
5093         /*
5094          * Times to load large popular applications for the typical
5095          * systems installed on the reference devices (see the
5096          * comments before the definitions of the next two
5097          * arrays). Actually, we use slightly slower values, as the
5098          * estimated peak rate tends to be smaller than the actual
5099          * peak rate.  The reason for this last fact is that estimates
5100          * are computed over much shorter time intervals than the long
5101          * intervals typically used for benchmarking. Why? First, to
5102          * adapt more quickly to variations. Second, because an I/O
5103          * scheduler cannot rely on a peak-rate-evaluation workload to
5104          * be run for a long time.
5105          */
5106         T_slow[0] = msecs_to_jiffies(3500); /* actually 4 sec */
5107         T_slow[1] = msecs_to_jiffies(6000); /* actually 6.5 sec */
5108         T_fast[0] = msecs_to_jiffies(7000); /* actually 8 sec */
5109         T_fast[1] = msecs_to_jiffies(2500); /* actually 3 sec */
5110
5111         /*
5112          * Thresholds that determine the switch between speed classes
5113          * (see the comments before the definition of the array
5114          * device_speed_thresh). These thresholds are biased towards
5115          * transitions to the fast class. This is safer than the
5116          * opposite bias. In fact, a wrong transition to the slow
5117          * class results in short weight-raising periods, because the
5118          * speed of the device then tends to be higher that the
5119          * reference peak rate. On the opposite end, a wrong
5120          * transition to the fast class tends to increase
5121          * weight-raising periods, because of the opposite reason.
5122          */
5123         device_speed_thresh[0] = (4 * R_slow[0]) / 3;
5124         device_speed_thresh[1] = (4 * R_slow[1]) / 3;
5125
5126         ret = elv_register(&iosched_bfq_mq);
5127         if (ret)
5128                 goto slab_kill;
5129
5130         return 0;
5131
5132 slab_kill:
5133         bfq_slab_kill();
5134 err_pol_unreg:
5135 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
5136         blkcg_policy_unregister(&blkcg_policy_bfq);
5137 #endif
5138         return ret;
5139 }
5140
5141 static void __exit bfq_exit(void)
5142 {
5143         elv_unregister(&iosched_bfq_mq);
5144 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
5145         blkcg_policy_unregister(&blkcg_policy_bfq);
5146 #endif
5147         bfq_slab_kill();
5148 }
5149
5150 module_init(bfq_init);
5151 module_exit(bfq_exit);
5152
5153 MODULE_AUTHOR("Paolo Valente");
5154 MODULE_LICENSE("GPL");
5155 MODULE_DESCRIPTION("MQ Budget Fair Queueing I/O Scheduler");