GNU Linux-libre 4.14.294-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         if (bfqd->queued != 0) {
302                 bfq_log(bfqd, "schedule dispatch");
303                 blk_mq_run_hw_queues(bfqd->queue, true);
304         }
305 }
306
307 #define bfq_class_idle(bfqq)    ((bfqq)->ioprio_class == IOPRIO_CLASS_IDLE)
308 #define bfq_class_rt(bfqq)      ((bfqq)->ioprio_class == IOPRIO_CLASS_RT)
309
310 #define bfq_sample_valid(samples)       ((samples) > 80)
311
312 /*
313  * Lifted from AS - choose which of rq1 and rq2 that is best served now.
314  * We choose the request that is closesr to the head right now.  Distance
315  * behind the head is penalized and only allowed to a certain extent.
316  */
317 static struct request *bfq_choose_req(struct bfq_data *bfqd,
318                                       struct request *rq1,
319                                       struct request *rq2,
320                                       sector_t last)
321 {
322         sector_t s1, s2, d1 = 0, d2 = 0;
323         unsigned long back_max;
324 #define BFQ_RQ1_WRAP    0x01 /* request 1 wraps */
325 #define BFQ_RQ2_WRAP    0x02 /* request 2 wraps */
326         unsigned int wrap = 0; /* bit mask: requests behind the disk head? */
327
328         if (!rq1 || rq1 == rq2)
329                 return rq2;
330         if (!rq2)
331                 return rq1;
332
333         if (rq_is_sync(rq1) && !rq_is_sync(rq2))
334                 return rq1;
335         else if (rq_is_sync(rq2) && !rq_is_sync(rq1))
336                 return rq2;
337         if ((rq1->cmd_flags & REQ_META) && !(rq2->cmd_flags & REQ_META))
338                 return rq1;
339         else if ((rq2->cmd_flags & REQ_META) && !(rq1->cmd_flags & REQ_META))
340                 return rq2;
341
342         s1 = blk_rq_pos(rq1);
343         s2 = blk_rq_pos(rq2);
344
345         /*
346          * By definition, 1KiB is 2 sectors.
347          */
348         back_max = bfqd->bfq_back_max * 2;
349
350         /*
351          * Strict one way elevator _except_ in the case where we allow
352          * short backward seeks which are biased as twice the cost of a
353          * similar forward seek.
354          */
355         if (s1 >= last)
356                 d1 = s1 - last;
357         else if (s1 + back_max >= last)
358                 d1 = (last - s1) * bfqd->bfq_back_penalty;
359         else
360                 wrap |= BFQ_RQ1_WRAP;
361
362         if (s2 >= last)
363                 d2 = s2 - last;
364         else if (s2 + back_max >= last)
365                 d2 = (last - s2) * bfqd->bfq_back_penalty;
366         else
367                 wrap |= BFQ_RQ2_WRAP;
368
369         /* Found required data */
370
371         /*
372          * By doing switch() on the bit mask "wrap" we avoid having to
373          * check two variables for all permutations: --> faster!
374          */
375         switch (wrap) {
376         case 0: /* common case for CFQ: rq1 and rq2 not wrapped */
377                 if (d1 < d2)
378                         return rq1;
379                 else if (d2 < d1)
380                         return rq2;
381
382                 if (s1 >= s2)
383                         return rq1;
384                 else
385                         return rq2;
386
387         case BFQ_RQ2_WRAP:
388                 return rq1;
389         case BFQ_RQ1_WRAP:
390                 return rq2;
391         case BFQ_RQ1_WRAP|BFQ_RQ2_WRAP: /* both rqs wrapped */
392         default:
393                 /*
394                  * Since both rqs are wrapped,
395                  * start with the one that's further behind head
396                  * (--> only *one* back seek required),
397                  * since back seek takes more time than forward.
398                  */
399                 if (s1 <= s2)
400                         return rq1;
401                 else
402                         return rq2;
403         }
404 }
405
406 static struct bfq_queue *
407 bfq_rq_pos_tree_lookup(struct bfq_data *bfqd, struct rb_root *root,
408                      sector_t sector, struct rb_node **ret_parent,
409                      struct rb_node ***rb_link)
410 {
411         struct rb_node **p, *parent;
412         struct bfq_queue *bfqq = NULL;
413
414         parent = NULL;
415         p = &root->rb_node;
416         while (*p) {
417                 struct rb_node **n;
418
419                 parent = *p;
420                 bfqq = rb_entry(parent, struct bfq_queue, pos_node);
421
422                 /*
423                  * Sort strictly based on sector. Smallest to the left,
424                  * largest to the right.
425                  */
426                 if (sector > blk_rq_pos(bfqq->next_rq))
427                         n = &(*p)->rb_right;
428                 else if (sector < blk_rq_pos(bfqq->next_rq))
429                         n = &(*p)->rb_left;
430                 else
431                         break;
432                 p = n;
433                 bfqq = NULL;
434         }
435
436         *ret_parent = parent;
437         if (rb_link)
438                 *rb_link = p;
439
440         bfq_log(bfqd, "rq_pos_tree_lookup %llu: returning %d",
441                 (unsigned long long)sector,
442                 bfqq ? bfqq->pid : 0);
443
444         return bfqq;
445 }
446
447 void bfq_pos_tree_add_move(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
448 {
449         struct rb_node **p, *parent;
450         struct bfq_queue *__bfqq;
451
452         if (bfqq->pos_root) {
453                 rb_erase(&bfqq->pos_node, bfqq->pos_root);
454                 bfqq->pos_root = NULL;
455         }
456
457         if (bfq_class_idle(bfqq))
458                 return;
459         if (!bfqq->next_rq)
460                 return;
461
462         bfqq->pos_root = &bfq_bfqq_to_bfqg(bfqq)->rq_pos_tree;
463         __bfqq = bfq_rq_pos_tree_lookup(bfqd, bfqq->pos_root,
464                         blk_rq_pos(bfqq->next_rq), &parent, &p);
465         if (!__bfqq) {
466                 rb_link_node(&bfqq->pos_node, parent, p);
467                 rb_insert_color(&bfqq->pos_node, bfqq->pos_root);
468         } else
469                 bfqq->pos_root = NULL;
470 }
471
472 /*
473  * Tell whether there are active queues or groups with differentiated weights.
474  */
475 static bool bfq_differentiated_weights(struct bfq_data *bfqd)
476 {
477         /*
478          * For weights to differ, at least one of the trees must contain
479          * at least two nodes.
480          */
481         return (!RB_EMPTY_ROOT(&bfqd->queue_weights_tree) &&
482                 (bfqd->queue_weights_tree.rb_node->rb_left ||
483                  bfqd->queue_weights_tree.rb_node->rb_right)
484 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
485                ) ||
486                (!RB_EMPTY_ROOT(&bfqd->group_weights_tree) &&
487                 (bfqd->group_weights_tree.rb_node->rb_left ||
488                  bfqd->group_weights_tree.rb_node->rb_right)
489 #endif
490                );
491 }
492
493 /*
494  * The following function returns true if every queue must receive the
495  * same share of the throughput (this condition is used when deciding
496  * whether idling may be disabled, see the comments in the function
497  * bfq_bfqq_may_idle()).
498  *
499  * Such a scenario occurs when:
500  * 1) all active queues have the same weight,
501  * 2) all active groups at the same level in the groups tree have the same
502  *    weight,
503  * 3) all active groups at the same level in the groups tree have the same
504  *    number of children.
505  *
506  * Unfortunately, keeping the necessary state for evaluating exactly the
507  * above symmetry conditions would be quite complex and time-consuming.
508  * Therefore this function evaluates, instead, the following stronger
509  * sub-conditions, for which it is much easier to maintain the needed
510  * state:
511  * 1) all active queues have the same weight,
512  * 2) all active groups have the same weight,
513  * 3) all active groups have at most one active child each.
514  * In particular, the last two conditions are always true if hierarchical
515  * support and the cgroups interface are not enabled, thus no state needs
516  * to be maintained in this case.
517  */
518 static bool bfq_symmetric_scenario(struct bfq_data *bfqd)
519 {
520         return !bfq_differentiated_weights(bfqd);
521 }
522
523 /*
524  * If the weight-counter tree passed as input contains no counter for
525  * the weight of the input entity, then add that counter; otherwise just
526  * increment the existing counter.
527  *
528  * Note that weight-counter trees contain few nodes in mostly symmetric
529  * scenarios. For example, if all queues have the same weight, then the
530  * weight-counter tree for the queues may contain at most one node.
531  * This holds even if low_latency is on, because weight-raised queues
532  * are not inserted in the tree.
533  * In most scenarios, the rate at which nodes are created/destroyed
534  * should be low too.
535  */
536 void bfq_weights_tree_add(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_entity *entity,
537                           struct rb_root *root)
538 {
539         struct rb_node **new = &(root->rb_node), *parent = NULL;
540
541         /*
542          * Do not insert if the entity is already associated with a
543          * counter, which happens if:
544          *   1) the entity is associated with a queue,
545          *   2) a request arrival has caused the queue to become both
546          *      non-weight-raised, and hence change its weight, and
547          *      backlogged; in this respect, each of the two events
548          *      causes an invocation of this function,
549          *   3) this is the invocation of this function caused by the
550          *      second event. This second invocation is actually useless,
551          *      and we handle this fact by exiting immediately. More
552          *      efficient or clearer solutions might possibly be adopted.
553          */
554         if (entity->weight_counter)
555                 return;
556
557         while (*new) {
558                 struct bfq_weight_counter *__counter = container_of(*new,
559                                                 struct bfq_weight_counter,
560                                                 weights_node);
561                 parent = *new;
562
563                 if (entity->weight == __counter->weight) {
564                         entity->weight_counter = __counter;
565                         goto inc_counter;
566                 }
567                 if (entity->weight < __counter->weight)
568                         new = &((*new)->rb_left);
569                 else
570                         new = &((*new)->rb_right);
571         }
572
573         entity->weight_counter = kzalloc(sizeof(struct bfq_weight_counter),
574                                          GFP_ATOMIC);
575
576         /*
577          * In the unlucky event of an allocation failure, we just
578          * exit. This will cause the weight of entity to not be
579          * considered in bfq_differentiated_weights, which, in its
580          * turn, causes the scenario to be deemed wrongly symmetric in
581          * case entity's weight would have been the only weight making
582          * the scenario asymmetric. On the bright side, no unbalance
583          * will however occur when entity becomes inactive again (the
584          * invocation of this function is triggered by an activation
585          * of entity). In fact, bfq_weights_tree_remove does nothing
586          * if !entity->weight_counter.
587          */
588         if (unlikely(!entity->weight_counter))
589                 return;
590
591         entity->weight_counter->weight = entity->weight;
592         rb_link_node(&entity->weight_counter->weights_node, parent, new);
593         rb_insert_color(&entity->weight_counter->weights_node, root);
594
595 inc_counter:
596         entity->weight_counter->num_active++;
597 }
598
599 /*
600  * Decrement the weight counter associated with the entity, and, if the
601  * counter reaches 0, remove the counter from the tree.
602  * See the comments to the function bfq_weights_tree_add() for considerations
603  * about overhead.
604  */
605 void bfq_weights_tree_remove(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_entity *entity,
606                              struct rb_root *root)
607 {
608         if (!entity->weight_counter)
609                 return;
610
611         entity->weight_counter->num_active--;
612         if (entity->weight_counter->num_active > 0)
613                 goto reset_entity_pointer;
614
615         rb_erase(&entity->weight_counter->weights_node, root);
616         kfree(entity->weight_counter);
617
618 reset_entity_pointer:
619         entity->weight_counter = NULL;
620 }
621
622 /*
623  * Return expired entry, or NULL to just start from scratch in rbtree.
624  */
625 static struct request *bfq_check_fifo(struct bfq_queue *bfqq,
626                                       struct request *last)
627 {
628         struct request *rq;
629
630         if (bfq_bfqq_fifo_expire(bfqq))
631                 return NULL;
632
633         bfq_mark_bfqq_fifo_expire(bfqq);
634
635         rq = rq_entry_fifo(bfqq->fifo.next);
636
637         if (rq == last || ktime_get_ns() < rq->fifo_time)
638                 return NULL;
639
640         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "check_fifo: returned %p", rq);
641         return rq;
642 }
643
644 static struct request *bfq_find_next_rq(struct bfq_data *bfqd,
645                                         struct bfq_queue *bfqq,
646                                         struct request *last)
647 {
648         struct rb_node *rbnext = rb_next(&last->rb_node);
649         struct rb_node *rbprev = rb_prev(&last->rb_node);
650         struct request *next, *prev = NULL;
651
652         /* Follow expired path, else get first next available. */
653         next = bfq_check_fifo(bfqq, last);
654         if (next)
655                 return next;
656
657         if (rbprev)
658                 prev = rb_entry_rq(rbprev);
659
660         if (rbnext)
661                 next = rb_entry_rq(rbnext);
662         else {
663                 rbnext = rb_first(&bfqq->sort_list);
664                 if (rbnext && rbnext != &last->rb_node)
665                         next = rb_entry_rq(rbnext);
666         }
667
668         return bfq_choose_req(bfqd, next, prev, blk_rq_pos(last));
669 }
670
671 /* see the definition of bfq_async_charge_factor for details */
672 static unsigned long bfq_serv_to_charge(struct request *rq,
673                                         struct bfq_queue *bfqq)
674 {
675         if (bfq_bfqq_sync(bfqq) || bfqq->wr_coeff > 1)
676                 return blk_rq_sectors(rq);
677
678         /*
679          * If there are no weight-raised queues, then amplify service
680          * by just the async charge factor; otherwise amplify service
681          * by twice the async charge factor, to further reduce latency
682          * for weight-raised queues.
683          */
684         if (bfqq->bfqd->wr_busy_queues == 0)
685                 return blk_rq_sectors(rq) * bfq_async_charge_factor;
686
687         return blk_rq_sectors(rq) * 2 * bfq_async_charge_factor;
688 }
689
690 /**
691  * bfq_updated_next_req - update the queue after a new next_rq selection.
692  * @bfqd: the device data the queue belongs to.
693  * @bfqq: the queue to update.
694  *
695  * If the first request of a queue changes we make sure that the queue
696  * has enough budget to serve at least its first request (if the
697  * request has grown).  We do this because if the queue has not enough
698  * budget for its first request, it has to go through two dispatch
699  * rounds to actually get it dispatched.
700  */
701 static void bfq_updated_next_req(struct bfq_data *bfqd,
702                                  struct bfq_queue *bfqq)
703 {
704         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
705         struct request *next_rq = bfqq->next_rq;
706         unsigned long new_budget;
707
708         if (!next_rq)
709                 return;
710
711         if (bfqq == bfqd->in_service_queue)
712                 /*
713                  * In order not to break guarantees, budgets cannot be
714                  * changed after an entity has been selected.
715                  */
716                 return;
717
718         new_budget = max_t(unsigned long, bfqq->max_budget,
719                            bfq_serv_to_charge(next_rq, bfqq));
720         if (entity->budget != new_budget) {
721                 entity->budget = new_budget;
722                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "updated next rq: new budget %lu",
723                                          new_budget);
724                 bfq_requeue_bfqq(bfqd, bfqq, false);
725         }
726 }
727
728 static void
729 bfq_bfqq_resume_state(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_data *bfqd,
730                       struct bfq_io_cq *bic, bool bfq_already_existing)
731 {
732         unsigned int old_wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
733         bool busy = bfq_already_existing && bfq_bfqq_busy(bfqq);
734
735         if (bic->saved_has_short_ttime)
736                 bfq_mark_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
737         else
738                 bfq_clear_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
739
740         if (bic->saved_IO_bound)
741                 bfq_mark_bfqq_IO_bound(bfqq);
742         else
743                 bfq_clear_bfqq_IO_bound(bfqq);
744
745         bfqq->ttime = bic->saved_ttime;
746         bfqq->wr_coeff = bic->saved_wr_coeff;
747         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt = bic->saved_wr_start_at_switch_to_srt;
748         bfqq->last_wr_start_finish = bic->saved_last_wr_start_finish;
749         bfqq->wr_cur_max_time = bic->saved_wr_cur_max_time;
750
751         if (bfqq->wr_coeff > 1 && (bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq) ||
752             time_is_before_jiffies(bfqq->last_wr_start_finish +
753                                    bfqq->wr_cur_max_time))) {
754                 bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq,
755                     "resume state: switching off wr");
756
757                 bfqq->wr_coeff = 1;
758         }
759
760         /* make sure weight will be updated, however we got here */
761         bfqq->entity.prio_changed = 1;
762
763         if (likely(!busy))
764                 return;
765
766         if (old_wr_coeff == 1 && bfqq->wr_coeff > 1)
767                 bfqd->wr_busy_queues++;
768         else if (old_wr_coeff > 1 && bfqq->wr_coeff == 1)
769                 bfqd->wr_busy_queues--;
770 }
771
772 static int bfqq_process_refs(struct bfq_queue *bfqq)
773 {
774         return bfqq->ref - bfqq->allocated - bfqq->entity.on_st;
775 }
776
777 /* Empty burst list and add just bfqq (see comments on bfq_handle_burst) */
778 static void bfq_reset_burst_list(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
779 {
780         struct bfq_queue *item;
781         struct hlist_node *n;
782
783         hlist_for_each_entry_safe(item, n, &bfqd->burst_list, burst_list_node)
784                 hlist_del_init(&item->burst_list_node);
785         hlist_add_head(&bfqq->burst_list_node, &bfqd->burst_list);
786         bfqd->burst_size = 1;
787         bfqd->burst_parent_entity = bfqq->entity.parent;
788 }
789
790 /* Add bfqq to the list of queues in current burst (see bfq_handle_burst) */
791 static void bfq_add_to_burst(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
792 {
793         /* Increment burst size to take into account also bfqq */
794         bfqd->burst_size++;
795
796         if (bfqd->burst_size == bfqd->bfq_large_burst_thresh) {
797                 struct bfq_queue *pos, *bfqq_item;
798                 struct hlist_node *n;
799
800                 /*
801                  * Enough queues have been activated shortly after each
802                  * other to consider this burst as large.
803                  */
804                 bfqd->large_burst = true;
805
806                 /*
807                  * We can now mark all queues in the burst list as
808                  * belonging to a large burst.
809                  */
810                 hlist_for_each_entry(bfqq_item, &bfqd->burst_list,
811                                      burst_list_node)
812                         bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq_item);
813                 bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq);
814
815                 /*
816                  * From now on, and until the current burst finishes, any
817                  * new queue being activated shortly after the last queue
818                  * was inserted in the burst can be immediately marked as
819                  * belonging to a large burst. So the burst list is not
820                  * needed any more. Remove it.
821                  */
822                 hlist_for_each_entry_safe(pos, n, &bfqd->burst_list,
823                                           burst_list_node)
824                         hlist_del_init(&pos->burst_list_node);
825         } else /*
826                 * Burst not yet large: add bfqq to the burst list. Do
827                 * not increment the ref counter for bfqq, because bfqq
828                 * is removed from the burst list before freeing bfqq
829                 * in put_queue.
830                 */
831                 hlist_add_head(&bfqq->burst_list_node, &bfqd->burst_list);
832 }
833
834 /*
835  * If many queues belonging to the same group happen to be created
836  * shortly after each other, then the processes associated with these
837  * queues have typically a common goal. In particular, bursts of queue
838  * creations are usually caused by services or applications that spawn
839  * many parallel threads/processes. Examples are systemd during boot,
840  * or git grep. To help these processes get their job done as soon as
841  * possible, it is usually better to not grant either weight-raising
842  * or device idling to their queues.
843  *
844  * In this comment we describe, firstly, the reasons why this fact
845  * holds, and, secondly, the next function, which implements the main
846  * steps needed to properly mark these queues so that they can then be
847  * treated in a different way.
848  *
849  * The above services or applications benefit mostly from a high
850  * throughput: the quicker the requests of the activated queues are
851  * cumulatively served, the sooner the target job of these queues gets
852  * completed. As a consequence, weight-raising any of these queues,
853  * which also implies idling the device for it, is almost always
854  * counterproductive. In most cases it just lowers throughput.
855  *
856  * On the other hand, a burst of queue creations may be caused also by
857  * the start of an application that does not consist of a lot of
858  * parallel I/O-bound threads. In fact, with a complex application,
859  * several short processes may need to be executed to start-up the
860  * application. In this respect, to start an application as quickly as
861  * possible, the best thing to do is in any case to privilege the I/O
862  * related to the application with respect to all other
863  * I/O. Therefore, the best strategy to start as quickly as possible
864  * an application that causes a burst of queue creations is to
865  * weight-raise all the queues created during the burst. This is the
866  * exact opposite of the best strategy for the other type of bursts.
867  *
868  * In the end, to take the best action for each of the two cases, the
869  * two types of bursts need to be distinguished. Fortunately, this
870  * seems relatively easy, by looking at the sizes of the bursts. In
871  * particular, we found a threshold such that only bursts with a
872  * larger size than that threshold are apparently caused by
873  * services or commands such as systemd or git grep. For brevity,
874  * hereafter we call just 'large' these bursts. BFQ *does not*
875  * weight-raise queues whose creation occurs in a large burst. In
876  * addition, for each of these queues BFQ performs or does not perform
877  * idling depending on which choice boosts the throughput more. The
878  * exact choice depends on the device and request pattern at
879  * hand.
880  *
881  * Unfortunately, false positives may occur while an interactive task
882  * is starting (e.g., an application is being started). The
883  * consequence is that the queues associated with the task do not
884  * enjoy weight raising as expected. Fortunately these false positives
885  * are very rare. They typically occur if some service happens to
886  * start doing I/O exactly when the interactive task starts.
887  *
888  * Turning back to the next function, it implements all the steps
889  * needed to detect the occurrence of a large burst and to properly
890  * mark all the queues belonging to it (so that they can then be
891  * treated in a different way). This goal is achieved by maintaining a
892  * "burst list" that holds, temporarily, the queues that belong to the
893  * burst in progress. The list is then used to mark these queues as
894  * belonging to a large burst if the burst does become large. The main
895  * steps are the following.
896  *
897  * . when the very first queue is created, the queue is inserted into the
898  *   list (as it could be the first queue in a possible burst)
899  *
900  * . if the current burst has not yet become large, and a queue Q that does
901  *   not yet belong to the burst is activated shortly after the last time
902  *   at which a new queue entered the burst list, then the function appends
903  *   Q to the burst list
904  *
905  * . if, as a consequence of the previous step, the burst size reaches
906  *   the large-burst threshold, then
907  *
908  *     . all the queues in the burst list are marked as belonging to a
909  *       large burst
910  *
911  *     . the burst list is deleted; in fact, the burst list already served
912  *       its purpose (keeping temporarily track of the queues in a burst,
913  *       so as to be able to mark them as belonging to a large burst in the
914  *       previous sub-step), and now is not needed any more
915  *
916  *     . the device enters a large-burst mode
917  *
918  * . if a queue Q that does not belong to the burst is created while
919  *   the device is in large-burst mode and shortly after the last time
920  *   at which a queue either entered the burst list or was marked as
921  *   belonging to the current large burst, then Q is immediately marked
922  *   as belonging to a large burst.
923  *
924  * . if a queue Q that does not belong to the burst is created a while
925  *   later, i.e., not shortly after, than the last time at which a queue
926  *   either entered the burst list or was marked as belonging to the
927  *   current large burst, then the current burst is deemed as finished and:
928  *
929  *        . the large-burst mode is reset if set
930  *
931  *        . the burst list is emptied
932  *
933  *        . Q is inserted in the burst list, as Q may be the first queue
934  *          in a possible new burst (then the burst list contains just Q
935  *          after this step).
936  */
937 static void bfq_handle_burst(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
938 {
939         /*
940          * If bfqq is already in the burst list or is part of a large
941          * burst, or finally has just been split, then there is
942          * nothing else to do.
943          */
944         if (!hlist_unhashed(&bfqq->burst_list_node) ||
945             bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq) ||
946             time_is_after_eq_jiffies(bfqq->split_time +
947                                      msecs_to_jiffies(10)))
948                 return;
949
950         /*
951          * If bfqq's creation happens late enough, or bfqq belongs to
952          * a different group than the burst group, then the current
953          * burst is finished, and related data structures must be
954          * reset.
955          *
956          * In this respect, consider the special case where bfqq is
957          * the very first queue created after BFQ is selected for this
958          * device. In this case, last_ins_in_burst and
959          * burst_parent_entity are not yet significant when we get
960          * here. But it is easy to verify that, whether or not the
961          * following condition is true, bfqq will end up being
962          * inserted into the burst list. In particular the list will
963          * happen to contain only bfqq. And this is exactly what has
964          * to happen, as bfqq may be the first queue of the first
965          * burst.
966          */
967         if (time_is_before_jiffies(bfqd->last_ins_in_burst +
968             bfqd->bfq_burst_interval) ||
969             bfqq->entity.parent != bfqd->burst_parent_entity) {
970                 bfqd->large_burst = false;
971                 bfq_reset_burst_list(bfqd, bfqq);
972                 goto end;
973         }
974
975         /*
976          * If we get here, then bfqq is being activated shortly after the
977          * last queue. So, if the current burst is also large, we can mark
978          * bfqq as belonging to this large burst immediately.
979          */
980         if (bfqd->large_burst) {
981                 bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq);
982                 goto end;
983         }
984
985         /*
986          * If we get here, then a large-burst state has not yet been
987          * reached, but bfqq is being activated shortly after the last
988          * queue. Then we add bfqq to the burst.
989          */
990         bfq_add_to_burst(bfqd, bfqq);
991 end:
992         /*
993          * At this point, bfqq either has been added to the current
994          * burst or has caused the current burst to terminate and a
995          * possible new burst to start. In particular, in the second
996          * case, bfqq has become the first queue in the possible new
997          * burst.  In both cases last_ins_in_burst needs to be moved
998          * forward.
999          */
1000         bfqd->last_ins_in_burst = jiffies;
1001 }
1002
1003 static int bfq_bfqq_budget_left(struct bfq_queue *bfqq)
1004 {
1005         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
1006
1007         return entity->budget - entity->service;
1008 }
1009
1010 /*
1011  * If enough samples have been computed, return the current max budget
1012  * stored in bfqd, which is dynamically updated according to the
1013  * estimated disk peak rate; otherwise return the default max budget
1014  */
1015 static int bfq_max_budget(struct bfq_data *bfqd)
1016 {
1017         if (bfqd->budgets_assigned < bfq_stats_min_budgets)
1018                 return bfq_default_max_budget;
1019         else
1020                 return bfqd->bfq_max_budget;
1021 }
1022
1023 /*
1024  * Return min budget, which is a fraction of the current or default
1025  * max budget (trying with 1/32)
1026  */
1027 static int bfq_min_budget(struct bfq_data *bfqd)
1028 {
1029         if (bfqd->budgets_assigned < bfq_stats_min_budgets)
1030                 return bfq_default_max_budget / 32;
1031         else
1032                 return bfqd->bfq_max_budget / 32;
1033 }
1034
1035 /*
1036  * The next function, invoked after the input queue bfqq switches from
1037  * idle to busy, updates the budget of bfqq. The function also tells
1038  * whether the in-service queue should be expired, by returning
1039  * true. The purpose of expiring the in-service queue is to give bfqq
1040  * the chance to possibly preempt the in-service queue, and the reason
1041  * for preempting the in-service queue is to achieve one of the two
1042  * goals below.
1043  *
1044  * 1. Guarantee to bfqq its reserved bandwidth even if bfqq has
1045  * expired because it has remained idle. In particular, bfqq may have
1046  * expired for one of the following two reasons:
1047  *
1048  * - BFQQE_NO_MORE_REQUESTS bfqq did not enjoy any device idling
1049  *   and did not make it to issue a new request before its last
1050  *   request was served;
1051  *
1052  * - BFQQE_TOO_IDLE bfqq did enjoy device idling, but did not issue
1053  *   a new request before the expiration of the idling-time.
1054  *
1055  * Even if bfqq has expired for one of the above reasons, the process
1056  * associated with the queue may be however issuing requests greedily,
1057  * and thus be sensitive to the bandwidth it receives (bfqq may have
1058  * remained idle for other reasons: CPU high load, bfqq not enjoying
1059  * idling, I/O throttling somewhere in the path from the process to
1060  * the I/O scheduler, ...). But if, after every expiration for one of
1061  * the above two reasons, bfqq has to wait for the service of at least
1062  * one full budget of another queue before being served again, then
1063  * bfqq is likely to get a much lower bandwidth or resource time than
1064  * its reserved ones. To address this issue, two countermeasures need
1065  * to be taken.
1066  *
1067  * First, the budget and the timestamps of bfqq need to be updated in
1068  * a special way on bfqq reactivation: they need to be updated as if
1069  * bfqq did not remain idle and did not expire. In fact, if they are
1070  * computed as if bfqq expired and remained idle until reactivation,
1071  * then the process associated with bfqq is treated as if, instead of
1072  * being greedy, it stopped issuing requests when bfqq remained idle,
1073  * and restarts issuing requests only on this reactivation. In other
1074  * words, the scheduler does not help the process recover the "service
1075  * hole" between bfqq expiration and reactivation. As a consequence,
1076  * the process receives a lower bandwidth than its reserved one. In
1077  * contrast, to recover this hole, the budget must be updated as if
1078  * bfqq was not expired at all before this reactivation, i.e., it must
1079  * be set to the value of the remaining budget when bfqq was
1080  * expired. Along the same line, timestamps need to be assigned the
1081  * value they had the last time bfqq was selected for service, i.e.,
1082  * before last expiration. Thus timestamps need to be back-shifted
1083  * with respect to their normal computation (see [1] for more details
1084  * on this tricky aspect).
1085  *
1086  * Secondly, to allow the process to recover the hole, the in-service
1087  * queue must be expired too, to give bfqq the chance to preempt it
1088  * immediately. In fact, if bfqq has to wait for a full budget of the
1089  * in-service queue to be completed, then it may become impossible to
1090  * let the process recover the hole, even if the back-shifted
1091  * timestamps of bfqq are lower than those of the in-service queue. If
1092  * this happens for most or all of the holes, then the process may not
1093  * receive its reserved bandwidth. In this respect, it is worth noting
1094  * that, being the service of outstanding requests unpreemptible, a
1095  * little fraction of the holes may however be unrecoverable, thereby
1096  * causing a little loss of bandwidth.
1097  *
1098  * The last important point is detecting whether bfqq does need this
1099  * bandwidth recovery. In this respect, the next function deems the
1100  * process associated with bfqq greedy, and thus allows it to recover
1101  * the hole, if: 1) the process is waiting for the arrival of a new
1102  * request (which implies that bfqq expired for one of the above two
1103  * reasons), and 2) such a request has arrived soon. The first
1104  * condition is controlled through the flag non_blocking_wait_rq,
1105  * while the second through the flag arrived_in_time. If both
1106  * conditions hold, then the function computes the budget in the
1107  * above-described special way, and signals that the in-service queue
1108  * should be expired. Timestamp back-shifting is done later in
1109  * __bfq_activate_entity.
1110  *
1111  * 2. Reduce latency. Even if timestamps are not backshifted to let
1112  * the process associated with bfqq recover a service hole, bfqq may
1113  * however happen to have, after being (re)activated, a lower finish
1114  * timestamp than the in-service queue.  That is, the next budget of
1115  * bfqq may have to be completed before the one of the in-service
1116  * queue. If this is the case, then preempting the in-service queue
1117  * allows this goal to be achieved, apart from the unpreemptible,
1118  * outstanding requests mentioned above.
1119  *
1120  * Unfortunately, regardless of which of the above two goals one wants
1121  * to achieve, service trees need first to be updated to know whether
1122  * the in-service queue must be preempted. To have service trees
1123  * correctly updated, the in-service queue must be expired and
1124  * rescheduled, and bfqq must be scheduled too. This is one of the
1125  * most costly operations (in future versions, the scheduling
1126  * mechanism may be re-designed in such a way to make it possible to
1127  * know whether preemption is needed without needing to update service
1128  * trees). In addition, queue preemptions almost always cause random
1129  * I/O, and thus loss of throughput. Because of these facts, the next
1130  * function adopts the following simple scheme to avoid both costly
1131  * operations and too frequent preemptions: it requests the expiration
1132  * of the in-service queue (unconditionally) only for queues that need
1133  * to recover a hole, or that either are weight-raised or deserve to
1134  * be weight-raised.
1135  */
1136 static bool bfq_bfqq_update_budg_for_activation(struct bfq_data *bfqd,
1137                                                 struct bfq_queue *bfqq,
1138                                                 bool arrived_in_time,
1139                                                 bool wr_or_deserves_wr)
1140 {
1141         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
1142
1143         if (bfq_bfqq_non_blocking_wait_rq(bfqq) && arrived_in_time) {
1144                 /*
1145                  * We do not clear the flag non_blocking_wait_rq here, as
1146                  * the latter is used in bfq_activate_bfqq to signal
1147                  * that timestamps need to be back-shifted (and is
1148                  * cleared right after).
1149                  */
1150
1151                 /*
1152                  * In next assignment we rely on that either
1153                  * entity->service or entity->budget are not updated
1154                  * on expiration if bfqq is empty (see
1155                  * __bfq_bfqq_recalc_budget). Thus both quantities
1156                  * remain unchanged after such an expiration, and the
1157                  * following statement therefore assigns to
1158                  * entity->budget the remaining budget on such an
1159                  * expiration. For clarity, entity->service is not
1160                  * updated on expiration in any case, and, in normal
1161                  * operation, is reset only when bfqq is selected for
1162                  * service (see bfq_get_next_queue).
1163                  */
1164                 entity->budget = min_t(unsigned long,
1165                                        bfq_bfqq_budget_left(bfqq),
1166                                        bfqq->max_budget);
1167
1168                 return true;
1169         }
1170
1171         entity->budget = max_t(unsigned long, bfqq->max_budget,
1172                                bfq_serv_to_charge(bfqq->next_rq, bfqq));
1173         bfq_clear_bfqq_non_blocking_wait_rq(bfqq);
1174         return wr_or_deserves_wr;
1175 }
1176
1177 static unsigned int bfq_wr_duration(struct bfq_data *bfqd)
1178 {
1179         u64 dur;
1180
1181         if (bfqd->bfq_wr_max_time > 0)
1182                 return bfqd->bfq_wr_max_time;
1183
1184         dur = bfqd->RT_prod;
1185         do_div(dur, bfqd->peak_rate);
1186
1187         /*
1188          * Limit duration between 3 and 13 seconds. Tests show that
1189          * higher values than 13 seconds often yield the opposite of
1190          * the desired result, i.e., worsen responsiveness by letting
1191          * non-interactive and non-soft-real-time applications
1192          * preserve weight raising for a too long time interval.
1193          *
1194          * On the other end, lower values than 3 seconds make it
1195          * difficult for most interactive tasks to complete their jobs
1196          * before weight-raising finishes.
1197          */
1198         if (dur > msecs_to_jiffies(13000))
1199                 dur = msecs_to_jiffies(13000);
1200         else if (dur < msecs_to_jiffies(3000))
1201                 dur = msecs_to_jiffies(3000);
1202
1203         return dur;
1204 }
1205
1206 /*
1207  * Return the farthest future time instant according to jiffies
1208  * macros.
1209  */
1210 static unsigned long bfq_greatest_from_now(void)
1211 {
1212         return jiffies + MAX_JIFFY_OFFSET;
1213 }
1214
1215 /*
1216  * Return the farthest past time instant according to jiffies
1217  * macros.
1218  */
1219 static unsigned long bfq_smallest_from_now(void)
1220 {
1221         return jiffies - MAX_JIFFY_OFFSET;
1222 }
1223
1224 static void bfq_update_bfqq_wr_on_rq_arrival(struct bfq_data *bfqd,
1225                                              struct bfq_queue *bfqq,
1226                                              unsigned int old_wr_coeff,
1227                                              bool wr_or_deserves_wr,
1228                                              bool interactive,
1229                                              bool in_burst,
1230                                              bool soft_rt)
1231 {
1232         if (old_wr_coeff == 1 && wr_or_deserves_wr) {
1233                 /* start a weight-raising period */
1234                 if (interactive) {
1235                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
1236                         bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
1237                 } else {
1238                         /*
1239                          * No interactive weight raising in progress
1240                          * here: assign minus infinity to
1241                          * wr_start_at_switch_to_srt, to make sure
1242                          * that, at the end of the soft-real-time
1243                          * weight raising periods that is starting
1244                          * now, no interactive weight-raising period
1245                          * may be wrongly considered as still in
1246                          * progress (and thus actually started by
1247                          * mistake).
1248                          */
1249                         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt =
1250                                 bfq_smallest_from_now();
1251                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff *
1252                                 BFQ_SOFTRT_WEIGHT_FACTOR;
1253                         bfqq->wr_cur_max_time =
1254                                 bfqd->bfq_wr_rt_max_time;
1255                 }
1256
1257                 /*
1258                  * If needed, further reduce budget to make sure it is
1259                  * close to bfqq's backlog, so as to reduce the
1260                  * scheduling-error component due to a too large
1261                  * budget. Do not care about throughput consequences,
1262                  * but only about latency. Finally, do not assign a
1263                  * too small budget either, to avoid increasing
1264                  * latency by causing too frequent expirations.
1265                  */
1266                 bfqq->entity.budget = min_t(unsigned long,
1267                                             bfqq->entity.budget,
1268                                             2 * bfq_min_budget(bfqd));
1269         } else if (old_wr_coeff > 1) {
1270                 if (interactive) { /* update wr coeff and duration */
1271                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
1272                         bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
1273                 } else if (in_burst)
1274                         bfqq->wr_coeff = 1;
1275                 else if (soft_rt) {
1276                         /*
1277                          * The application is now or still meeting the
1278                          * requirements for being deemed soft rt.  We
1279                          * can then correctly and safely (re)charge
1280                          * the weight-raising duration for the
1281                          * application with the weight-raising
1282                          * duration for soft rt applications.
1283                          *
1284                          * In particular, doing this recharge now, i.e.,
1285                          * before the weight-raising period for the
1286                          * application finishes, reduces the probability
1287                          * of the following negative scenario:
1288                          * 1) the weight of a soft rt application is
1289                          *    raised at startup (as for any newly
1290                          *    created application),
1291                          * 2) since the application is not interactive,
1292                          *    at a certain time weight-raising is
1293                          *    stopped for the application,
1294                          * 3) at that time the application happens to
1295                          *    still have pending requests, and hence
1296                          *    is destined to not have a chance to be
1297                          *    deemed soft rt before these requests are
1298                          *    completed (see the comments to the
1299                          *    function bfq_bfqq_softrt_next_start()
1300                          *    for details on soft rt detection),
1301                          * 4) these pending requests experience a high
1302                          *    latency because the application is not
1303                          *    weight-raised while they are pending.
1304                          */
1305                         if (bfqq->wr_cur_max_time !=
1306                                 bfqd->bfq_wr_rt_max_time) {
1307                                 bfqq->wr_start_at_switch_to_srt =
1308                                         bfqq->last_wr_start_finish;
1309
1310                                 bfqq->wr_cur_max_time =
1311                                         bfqd->bfq_wr_rt_max_time;
1312                                 bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff *
1313                                         BFQ_SOFTRT_WEIGHT_FACTOR;
1314                         }
1315                         bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
1316                 }
1317         }
1318 }
1319
1320 static bool bfq_bfqq_idle_for_long_time(struct bfq_data *bfqd,
1321                                         struct bfq_queue *bfqq)
1322 {
1323         return bfqq->dispatched == 0 &&
1324                 time_is_before_jiffies(
1325                         bfqq->budget_timeout +
1326                         bfqd->bfq_wr_min_idle_time);
1327 }
1328
1329 static void bfq_bfqq_handle_idle_busy_switch(struct bfq_data *bfqd,
1330                                              struct bfq_queue *bfqq,
1331                                              int old_wr_coeff,
1332                                              struct request *rq,
1333                                              bool *interactive)
1334 {
1335         bool soft_rt, in_burst, wr_or_deserves_wr,
1336                 bfqq_wants_to_preempt,
1337                 idle_for_long_time = bfq_bfqq_idle_for_long_time(bfqd, bfqq),
1338                 /*
1339                  * See the comments on
1340                  * bfq_bfqq_update_budg_for_activation for
1341                  * details on the usage of the next variable.
1342                  */
1343                 arrived_in_time =  ktime_get_ns() <=
1344                         bfqq->ttime.last_end_request +
1345                         bfqd->bfq_slice_idle * 3;
1346
1347         bfqg_stats_update_io_add(bfqq_group(RQ_BFQQ(rq)), bfqq, rq->cmd_flags);
1348
1349         /*
1350          * bfqq deserves to be weight-raised if:
1351          * - it is sync,
1352          * - it does not belong to a large burst,
1353          * - it has been idle for enough time or is soft real-time,
1354          * - is linked to a bfq_io_cq (it is not shared in any sense).
1355          */
1356         in_burst = bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq);
1357         soft_rt = bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate > 0 &&
1358                 !in_burst &&
1359                 time_is_before_jiffies(bfqq->soft_rt_next_start);
1360         *interactive = !in_burst && idle_for_long_time;
1361         wr_or_deserves_wr = bfqd->low_latency &&
1362                 (bfqq->wr_coeff > 1 ||
1363                  (bfq_bfqq_sync(bfqq) &&
1364                   bfqq->bic && (*interactive || soft_rt)));
1365
1366         /*
1367          * Using the last flag, update budget and check whether bfqq
1368          * may want to preempt the in-service queue.
1369          */
1370         bfqq_wants_to_preempt =
1371                 bfq_bfqq_update_budg_for_activation(bfqd, bfqq,
1372                                                     arrived_in_time,
1373                                                     wr_or_deserves_wr);
1374
1375         /*
1376          * If bfqq happened to be activated in a burst, but has been
1377          * idle for much more than an interactive queue, then we
1378          * assume that, in the overall I/O initiated in the burst, the
1379          * I/O associated with bfqq is finished. So bfqq does not need
1380          * to be treated as a queue belonging to a burst
1381          * anymore. Accordingly, we reset bfqq's in_large_burst flag
1382          * if set, and remove bfqq from the burst list if it's
1383          * there. We do not decrement burst_size, because the fact
1384          * that bfqq does not need to belong to the burst list any
1385          * more does not invalidate the fact that bfqq was created in
1386          * a burst.
1387          */
1388         if (likely(!bfq_bfqq_just_created(bfqq)) &&
1389             idle_for_long_time &&
1390             time_is_before_jiffies(
1391                     bfqq->budget_timeout +
1392                     msecs_to_jiffies(10000))) {
1393                 hlist_del_init(&bfqq->burst_list_node);
1394                 bfq_clear_bfqq_in_large_burst(bfqq);
1395         }
1396
1397         bfq_clear_bfqq_just_created(bfqq);
1398
1399
1400         if (!bfq_bfqq_IO_bound(bfqq)) {
1401                 if (arrived_in_time) {
1402                         bfqq->requests_within_timer++;
1403                         if (bfqq->requests_within_timer >=
1404                             bfqd->bfq_requests_within_timer)
1405                                 bfq_mark_bfqq_IO_bound(bfqq);
1406                 } else
1407                         bfqq->requests_within_timer = 0;
1408         }
1409
1410         if (bfqd->low_latency) {
1411                 if (unlikely(time_is_after_jiffies(bfqq->split_time)))
1412                         /* wraparound */
1413                         bfqq->split_time =
1414                                 jiffies - bfqd->bfq_wr_min_idle_time - 1;
1415
1416                 if (time_is_before_jiffies(bfqq->split_time +
1417                                            bfqd->bfq_wr_min_idle_time)) {
1418                         bfq_update_bfqq_wr_on_rq_arrival(bfqd, bfqq,
1419                                                          old_wr_coeff,
1420                                                          wr_or_deserves_wr,
1421                                                          *interactive,
1422                                                          in_burst,
1423                                                          soft_rt);
1424
1425                         if (old_wr_coeff != bfqq->wr_coeff)
1426                                 bfqq->entity.prio_changed = 1;
1427                 }
1428         }
1429
1430         bfqq->last_idle_bklogged = jiffies;
1431         bfqq->service_from_backlogged = 0;
1432         bfq_clear_bfqq_softrt_update(bfqq);
1433
1434         bfq_add_bfqq_busy(bfqd, bfqq);
1435
1436         /*
1437          * Expire in-service queue only if preemption may be needed
1438          * for guarantees. In this respect, the function
1439          * next_queue_may_preempt just checks a simple, necessary
1440          * condition, and not a sufficient condition based on
1441          * timestamps. In fact, for the latter condition to be
1442          * evaluated, timestamps would need first to be updated, and
1443          * this operation is quite costly (see the comments on the
1444          * function bfq_bfqq_update_budg_for_activation).
1445          */
1446         if (bfqd->in_service_queue && bfqq_wants_to_preempt &&
1447             bfqd->in_service_queue->wr_coeff < bfqq->wr_coeff &&
1448             next_queue_may_preempt(bfqd))
1449                 bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqd->in_service_queue,
1450                                 false, BFQQE_PREEMPTED);
1451 }
1452
1453 static void bfq_add_request(struct request *rq)
1454 {
1455         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
1456         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
1457         struct request *next_rq, *prev;
1458         unsigned int old_wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
1459         bool interactive = false;
1460
1461         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "add_request %d", rq_is_sync(rq));
1462         bfqq->queued[rq_is_sync(rq)]++;
1463         bfqd->queued++;
1464
1465         elv_rb_add(&bfqq->sort_list, rq);
1466
1467         /*
1468          * Check if this request is a better next-serve candidate.
1469          */
1470         prev = bfqq->next_rq;
1471         next_rq = bfq_choose_req(bfqd, bfqq->next_rq, rq, bfqd->last_position);
1472         bfqq->next_rq = next_rq;
1473
1474         /*
1475          * Adjust priority tree position, if next_rq changes.
1476          */
1477         if (prev != bfqq->next_rq)
1478                 bfq_pos_tree_add_move(bfqd, bfqq);
1479
1480         if (!bfq_bfqq_busy(bfqq)) /* switching to busy ... */
1481                 bfq_bfqq_handle_idle_busy_switch(bfqd, bfqq, old_wr_coeff,
1482                                                  rq, &interactive);
1483         else {
1484                 if (bfqd->low_latency && old_wr_coeff == 1 && !rq_is_sync(rq) &&
1485                     time_is_before_jiffies(
1486                                 bfqq->last_wr_start_finish +
1487                                 bfqd->bfq_wr_min_inter_arr_async)) {
1488                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
1489                         bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
1490
1491                         bfqd->wr_busy_queues++;
1492                         bfqq->entity.prio_changed = 1;
1493                 }
1494                 if (prev != bfqq->next_rq)
1495                         bfq_updated_next_req(bfqd, bfqq);
1496         }
1497
1498         /*
1499          * Assign jiffies to last_wr_start_finish in the following
1500          * cases:
1501          *
1502          * . if bfqq is not going to be weight-raised, because, for
1503          *   non weight-raised queues, last_wr_start_finish stores the
1504          *   arrival time of the last request; as of now, this piece
1505          *   of information is used only for deciding whether to
1506          *   weight-raise async queues
1507          *
1508          * . if bfqq is not weight-raised, because, if bfqq is now
1509          *   switching to weight-raised, then last_wr_start_finish
1510          *   stores the time when weight-raising starts
1511          *
1512          * . if bfqq is interactive, because, regardless of whether
1513          *   bfqq is currently weight-raised, the weight-raising
1514          *   period must start or restart (this case is considered
1515          *   separately because it is not detected by the above
1516          *   conditions, if bfqq is already weight-raised)
1517          *
1518          * last_wr_start_finish has to be updated also if bfqq is soft
1519          * real-time, because the weight-raising period is constantly
1520          * restarted on idle-to-busy transitions for these queues, but
1521          * this is already done in bfq_bfqq_handle_idle_busy_switch if
1522          * needed.
1523          */
1524         if (bfqd->low_latency &&
1525                 (old_wr_coeff == 1 || bfqq->wr_coeff == 1 || interactive))
1526                 bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
1527 }
1528
1529 static struct request *bfq_find_rq_fmerge(struct bfq_data *bfqd,
1530                                           struct bio *bio,
1531                                           struct request_queue *q)
1532 {
1533         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->bio_bfqq;
1534
1535
1536         if (bfqq)
1537                 return elv_rb_find(&bfqq->sort_list, bio_end_sector(bio));
1538
1539         return NULL;
1540 }
1541
1542 static sector_t get_sdist(sector_t last_pos, struct request *rq)
1543 {
1544         if (last_pos)
1545                 return abs(blk_rq_pos(rq) - last_pos);
1546
1547         return 0;
1548 }
1549
1550 #if 0 /* Still not clear if we can do without next two functions */
1551 static void bfq_activate_request(struct request_queue *q, struct request *rq)
1552 {
1553         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
1554
1555         bfqd->rq_in_driver++;
1556 }
1557
1558 static void bfq_deactivate_request(struct request_queue *q, struct request *rq)
1559 {
1560         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
1561
1562         bfqd->rq_in_driver--;
1563 }
1564 #endif
1565
1566 static void bfq_remove_request(struct request_queue *q,
1567                                struct request *rq)
1568 {
1569         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
1570         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
1571         const int sync = rq_is_sync(rq);
1572
1573         if (bfqq->next_rq == rq) {
1574                 bfqq->next_rq = bfq_find_next_rq(bfqd, bfqq, rq);
1575                 bfq_updated_next_req(bfqd, bfqq);
1576         }
1577
1578         if (rq->queuelist.prev != &rq->queuelist)
1579                 list_del_init(&rq->queuelist);
1580         bfqq->queued[sync]--;
1581         bfqd->queued--;
1582         elv_rb_del(&bfqq->sort_list, rq);
1583
1584         elv_rqhash_del(q, rq);
1585         if (q->last_merge == rq)
1586                 q->last_merge = NULL;
1587
1588         if (RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list)) {
1589                 bfqq->next_rq = NULL;
1590
1591                 if (bfq_bfqq_busy(bfqq) && bfqq != bfqd->in_service_queue) {
1592                         bfq_del_bfqq_busy(bfqd, bfqq, false);
1593                         /*
1594                          * bfqq emptied. In normal operation, when
1595                          * bfqq is empty, bfqq->entity.service and
1596                          * bfqq->entity.budget must contain,
1597                          * respectively, the service received and the
1598                          * budget used last time bfqq emptied. These
1599                          * facts do not hold in this case, as at least
1600                          * this last removal occurred while bfqq is
1601                          * not in service. To avoid inconsistencies,
1602                          * reset both bfqq->entity.service and
1603                          * bfqq->entity.budget, if bfqq has still a
1604                          * process that may issue I/O requests to it.
1605                          */
1606                         bfqq->entity.budget = bfqq->entity.service = 0;
1607                 }
1608
1609                 /*
1610                  * Remove queue from request-position tree as it is empty.
1611                  */
1612                 if (bfqq->pos_root) {
1613                         rb_erase(&bfqq->pos_node, bfqq->pos_root);
1614                         bfqq->pos_root = NULL;
1615                 }
1616         }
1617
1618         if (rq->cmd_flags & REQ_META)
1619                 bfqq->meta_pending--;
1620
1621         bfqg_stats_update_io_remove(bfqq_group(bfqq), rq->cmd_flags);
1622 }
1623
1624 static bool bfq_bio_merge(struct blk_mq_hw_ctx *hctx, struct bio *bio)
1625 {
1626         struct request_queue *q = hctx->queue;
1627         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
1628         struct request *free = NULL;
1629         /*
1630          * bfq_bic_lookup grabs the queue_lock: invoke it now and
1631          * store its return value for later use, to avoid nesting
1632          * queue_lock inside the bfqd->lock. We assume that the bic
1633          * returned by bfq_bic_lookup does not go away before
1634          * bfqd->lock is taken.
1635          */
1636         struct bfq_io_cq *bic = bfq_bic_lookup(bfqd, current->io_context, q);
1637         bool ret;
1638
1639         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
1640
1641         if (bic)
1642                 bfqd->bio_bfqq = bic_to_bfqq(bic, op_is_sync(bio->bi_opf));
1643         else
1644                 bfqd->bio_bfqq = NULL;
1645         bfqd->bio_bic = bic;
1646
1647         ret = blk_mq_sched_try_merge(q, bio, &free);
1648
1649         if (free)
1650                 blk_mq_free_request(free);
1651         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
1652
1653         return ret;
1654 }
1655
1656 static int bfq_request_merge(struct request_queue *q, struct request **req,
1657                              struct bio *bio)
1658 {
1659         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
1660         struct request *__rq;
1661
1662         __rq = bfq_find_rq_fmerge(bfqd, bio, q);
1663         if (__rq && elv_bio_merge_ok(__rq, bio)) {
1664                 *req = __rq;
1665                 return ELEVATOR_FRONT_MERGE;
1666         }
1667
1668         return ELEVATOR_NO_MERGE;
1669 }
1670
1671 static void bfq_request_merged(struct request_queue *q, struct request *req,
1672                                enum elv_merge type)
1673 {
1674         if (type == ELEVATOR_FRONT_MERGE &&
1675             rb_prev(&req->rb_node) &&
1676             blk_rq_pos(req) <
1677             blk_rq_pos(container_of(rb_prev(&req->rb_node),
1678                                     struct request, rb_node))) {
1679                 struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(req);
1680                 struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
1681                 struct request *prev, *next_rq;
1682
1683                 /* Reposition request in its sort_list */
1684                 elv_rb_del(&bfqq->sort_list, req);
1685                 elv_rb_add(&bfqq->sort_list, req);
1686
1687                 /* Choose next request to be served for bfqq */
1688                 prev = bfqq->next_rq;
1689                 next_rq = bfq_choose_req(bfqd, bfqq->next_rq, req,
1690                                          bfqd->last_position);
1691                 bfqq->next_rq = next_rq;
1692                 /*
1693                  * If next_rq changes, update both the queue's budget to
1694                  * fit the new request and the queue's position in its
1695                  * rq_pos_tree.
1696                  */
1697                 if (prev != bfqq->next_rq) {
1698                         bfq_updated_next_req(bfqd, bfqq);
1699                         bfq_pos_tree_add_move(bfqd, bfqq);
1700                 }
1701         }
1702 }
1703
1704 static void bfq_requests_merged(struct request_queue *q, struct request *rq,
1705                                 struct request *next)
1706 {
1707         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq), *next_bfqq = RQ_BFQQ(next);
1708
1709         if (!RB_EMPTY_NODE(&rq->rb_node))
1710                 goto end;
1711
1712         /*
1713          * If next and rq belong to the same bfq_queue and next is older
1714          * than rq, then reposition rq in the fifo (by substituting next
1715          * with rq). Otherwise, if next and rq belong to different
1716          * bfq_queues, never reposition rq: in fact, we would have to
1717          * reposition it with respect to next's position in its own fifo,
1718          * which would most certainly be too expensive with respect to
1719          * the benefits.
1720          */
1721         if (bfqq == next_bfqq &&
1722             !list_empty(&rq->queuelist) && !list_empty(&next->queuelist) &&
1723             next->fifo_time < rq->fifo_time) {
1724                 list_del_init(&rq->queuelist);
1725                 list_replace_init(&next->queuelist, &rq->queuelist);
1726                 rq->fifo_time = next->fifo_time;
1727         }
1728
1729         if (bfqq->next_rq == next)
1730                 bfqq->next_rq = rq;
1731
1732         bfq_remove_request(q, next);
1733
1734 end:
1735         bfqg_stats_update_io_merged(bfqq_group(bfqq), next->cmd_flags);
1736 }
1737
1738 /* Must be called with bfqq != NULL */
1739 static void bfq_bfqq_end_wr(struct bfq_queue *bfqq)
1740 {
1741         if (bfq_bfqq_busy(bfqq))
1742                 bfqq->bfqd->wr_busy_queues--;
1743         bfqq->wr_coeff = 1;
1744         bfqq->wr_cur_max_time = 0;
1745         bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
1746         /*
1747          * Trigger a weight change on the next invocation of
1748          * __bfq_entity_update_weight_prio.
1749          */
1750         bfqq->entity.prio_changed = 1;
1751 }
1752
1753 void bfq_end_wr_async_queues(struct bfq_data *bfqd,
1754                              struct bfq_group *bfqg)
1755 {
1756         int i, j;
1757
1758         for (i = 0; i < 2; i++)
1759                 for (j = 0; j < IOPRIO_BE_NR; j++)
1760                         if (bfqg->async_bfqq[i][j])
1761                                 bfq_bfqq_end_wr(bfqg->async_bfqq[i][j]);
1762         if (bfqg->async_idle_bfqq)
1763                 bfq_bfqq_end_wr(bfqg->async_idle_bfqq);
1764 }
1765
1766 static void bfq_end_wr(struct bfq_data *bfqd)
1767 {
1768         struct bfq_queue *bfqq;
1769
1770         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
1771
1772         list_for_each_entry(bfqq, &bfqd->active_list, bfqq_list)
1773                 bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
1774         list_for_each_entry(bfqq, &bfqd->idle_list, bfqq_list)
1775                 bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
1776         bfq_end_wr_async(bfqd);
1777
1778         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
1779 }
1780
1781 static sector_t bfq_io_struct_pos(void *io_struct, bool request)
1782 {
1783         if (request)
1784                 return blk_rq_pos(io_struct);
1785         else
1786                 return ((struct bio *)io_struct)->bi_iter.bi_sector;
1787 }
1788
1789 static int bfq_rq_close_to_sector(void *io_struct, bool request,
1790                                   sector_t sector)
1791 {
1792         return abs(bfq_io_struct_pos(io_struct, request) - sector) <=
1793                BFQQ_CLOSE_THR;
1794 }
1795
1796 static struct bfq_queue *bfqq_find_close(struct bfq_data *bfqd,
1797                                          struct bfq_queue *bfqq,
1798                                          sector_t sector)
1799 {
1800         struct rb_root *root = &bfq_bfqq_to_bfqg(bfqq)->rq_pos_tree;
1801         struct rb_node *parent, *node;
1802         struct bfq_queue *__bfqq;
1803
1804         if (RB_EMPTY_ROOT(root))
1805                 return NULL;
1806
1807         /*
1808          * First, if we find a request starting at the end of the last
1809          * request, choose it.
1810          */
1811         __bfqq = bfq_rq_pos_tree_lookup(bfqd, root, sector, &parent, NULL);
1812         if (__bfqq)
1813                 return __bfqq;
1814
1815         /*
1816          * If the exact sector wasn't found, the parent of the NULL leaf
1817          * will contain the closest sector (rq_pos_tree sorted by
1818          * next_request position).
1819          */
1820         __bfqq = rb_entry(parent, struct bfq_queue, pos_node);
1821         if (bfq_rq_close_to_sector(__bfqq->next_rq, true, sector))
1822                 return __bfqq;
1823
1824         if (blk_rq_pos(__bfqq->next_rq) < sector)
1825                 node = rb_next(&__bfqq->pos_node);
1826         else
1827                 node = rb_prev(&__bfqq->pos_node);
1828         if (!node)
1829                 return NULL;
1830
1831         __bfqq = rb_entry(node, struct bfq_queue, pos_node);
1832         if (bfq_rq_close_to_sector(__bfqq->next_rq, true, sector))
1833                 return __bfqq;
1834
1835         return NULL;
1836 }
1837
1838 static struct bfq_queue *bfq_find_close_cooperator(struct bfq_data *bfqd,
1839                                                    struct bfq_queue *cur_bfqq,
1840                                                    sector_t sector)
1841 {
1842         struct bfq_queue *bfqq;
1843
1844         /*
1845          * We shall notice if some of the queues are cooperating,
1846          * e.g., working closely on the same area of the device. In
1847          * that case, we can group them together and: 1) don't waste
1848          * time idling, and 2) serve the union of their requests in
1849          * the best possible order for throughput.
1850          */
1851         bfqq = bfqq_find_close(bfqd, cur_bfqq, sector);
1852         if (!bfqq || bfqq == cur_bfqq)
1853                 return NULL;
1854
1855         return bfqq;
1856 }
1857
1858 static struct bfq_queue *
1859 bfq_setup_merge(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_queue *new_bfqq)
1860 {
1861         int process_refs, new_process_refs;
1862         struct bfq_queue *__bfqq;
1863
1864         /*
1865          * If there are no process references on the new_bfqq, then it is
1866          * unsafe to follow the ->new_bfqq chain as other bfqq's in the chain
1867          * may have dropped their last reference (not just their last process
1868          * reference).
1869          */
1870         if (!bfqq_process_refs(new_bfqq))
1871                 return NULL;
1872
1873         /* Avoid a circular list and skip interim queue merges. */
1874         while ((__bfqq = new_bfqq->new_bfqq)) {
1875                 if (__bfqq == bfqq)
1876                         return NULL;
1877                 new_bfqq = __bfqq;
1878         }
1879
1880         process_refs = bfqq_process_refs(bfqq);
1881         new_process_refs = bfqq_process_refs(new_bfqq);
1882         /*
1883          * If the process for the bfqq has gone away, there is no
1884          * sense in merging the queues.
1885          */
1886         if (process_refs == 0 || new_process_refs == 0)
1887                 return NULL;
1888
1889         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "scheduling merge with queue %d",
1890                 new_bfqq->pid);
1891
1892         /*
1893          * Merging is just a redirection: the requests of the process
1894          * owning one of the two queues are redirected to the other queue.
1895          * The latter queue, in its turn, is set as shared if this is the
1896          * first time that the requests of some process are redirected to
1897          * it.
1898          *
1899          * We redirect bfqq to new_bfqq and not the opposite, because
1900          * we are in the context of the process owning bfqq, thus we
1901          * have the io_cq of this process. So we can immediately
1902          * configure this io_cq to redirect the requests of the
1903          * process to new_bfqq. In contrast, the io_cq of new_bfqq is
1904          * not available any more (new_bfqq->bic == NULL).
1905          *
1906          * Anyway, even in case new_bfqq coincides with the in-service
1907          * queue, redirecting requests the in-service queue is the
1908          * best option, as we feed the in-service queue with new
1909          * requests close to the last request served and, by doing so,
1910          * are likely to increase the throughput.
1911          */
1912         bfqq->new_bfqq = new_bfqq;
1913         new_bfqq->ref += process_refs;
1914         return new_bfqq;
1915 }
1916
1917 static bool bfq_may_be_close_cooperator(struct bfq_queue *bfqq,
1918                                         struct bfq_queue *new_bfqq)
1919 {
1920         if (bfq_class_idle(bfqq) || bfq_class_idle(new_bfqq) ||
1921             (bfqq->ioprio_class != new_bfqq->ioprio_class))
1922                 return false;
1923
1924         /*
1925          * If either of the queues has already been detected as seeky,
1926          * then merging it with the other queue is unlikely to lead to
1927          * sequential I/O.
1928          */
1929         if (BFQQ_SEEKY(bfqq) || BFQQ_SEEKY(new_bfqq))
1930                 return false;
1931
1932         /*
1933          * Interleaved I/O is known to be done by (some) applications
1934          * only for reads, so it does not make sense to merge async
1935          * queues.
1936          */
1937         if (!bfq_bfqq_sync(bfqq) || !bfq_bfqq_sync(new_bfqq))
1938                 return false;
1939
1940         return true;
1941 }
1942
1943 /*
1944  * If this function returns true, then bfqq cannot be merged. The idea
1945  * is that true cooperation happens very early after processes start
1946  * to do I/O. Usually, late cooperations are just accidental false
1947  * positives. In case bfqq is weight-raised, such false positives
1948  * would evidently degrade latency guarantees for bfqq.
1949  */
1950 static bool wr_from_too_long(struct bfq_queue *bfqq)
1951 {
1952         return bfqq->wr_coeff > 1 &&
1953                 time_is_before_jiffies(bfqq->last_wr_start_finish +
1954                                        msecs_to_jiffies(100));
1955 }
1956
1957 /*
1958  * Attempt to schedule a merge of bfqq with the currently in-service
1959  * queue or with a close queue among the scheduled queues.  Return
1960  * NULL if no merge was scheduled, a pointer to the shared bfq_queue
1961  * structure otherwise.
1962  *
1963  * The OOM queue is not allowed to participate to cooperation: in fact, since
1964  * the requests temporarily redirected to the OOM queue could be redirected
1965  * again to dedicated queues at any time, the state needed to correctly
1966  * handle merging with the OOM queue would be quite complex and expensive
1967  * to maintain. Besides, in such a critical condition as an out of memory,
1968  * the benefits of queue merging may be little relevant, or even negligible.
1969  *
1970  * Weight-raised queues can be merged only if their weight-raising
1971  * period has just started. In fact cooperating processes are usually
1972  * started together. Thus, with this filter we avoid false positives
1973  * that would jeopardize low-latency guarantees.
1974  *
1975  * WARNING: queue merging may impair fairness among non-weight raised
1976  * queues, for at least two reasons: 1) the original weight of a
1977  * merged queue may change during the merged state, 2) even being the
1978  * weight the same, a merged queue may be bloated with many more
1979  * requests than the ones produced by its originally-associated
1980  * process.
1981  */
1982 static struct bfq_queue *
1983 bfq_setup_cooperator(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
1984                      void *io_struct, bool request)
1985 {
1986         struct bfq_queue *in_service_bfqq, *new_bfqq;
1987
1988         if (bfqq->new_bfqq)
1989                 return bfqq->new_bfqq;
1990
1991         if (!io_struct ||
1992             wr_from_too_long(bfqq) ||
1993             unlikely(bfqq == &bfqd->oom_bfqq))
1994                 return NULL;
1995
1996         /* If there is only one backlogged queue, don't search. */
1997         if (bfqd->busy_queues == 1)
1998                 return NULL;
1999
2000         in_service_bfqq = bfqd->in_service_queue;
2001
2002         if (!in_service_bfqq || in_service_bfqq == bfqq
2003             || wr_from_too_long(in_service_bfqq) ||
2004             unlikely(in_service_bfqq == &bfqd->oom_bfqq))
2005                 goto check_scheduled;
2006
2007         if (bfq_rq_close_to_sector(io_struct, request, bfqd->last_position) &&
2008             bfqq->entity.parent == in_service_bfqq->entity.parent &&
2009             bfq_may_be_close_cooperator(bfqq, in_service_bfqq)) {
2010                 new_bfqq = bfq_setup_merge(bfqq, in_service_bfqq);
2011                 if (new_bfqq)
2012                         return new_bfqq;
2013         }
2014         /*
2015          * Check whether there is a cooperator among currently scheduled
2016          * queues. The only thing we need is that the bio/request is not
2017          * NULL, as we need it to establish whether a cooperator exists.
2018          */
2019 check_scheduled:
2020         new_bfqq = bfq_find_close_cooperator(bfqd, bfqq,
2021                         bfq_io_struct_pos(io_struct, request));
2022
2023         if (new_bfqq && !wr_from_too_long(new_bfqq) &&
2024             likely(new_bfqq != &bfqd->oom_bfqq) &&
2025             bfq_may_be_close_cooperator(bfqq, new_bfqq))
2026                 return bfq_setup_merge(bfqq, new_bfqq);
2027
2028         return NULL;
2029 }
2030
2031 static void bfq_bfqq_save_state(struct bfq_queue *bfqq)
2032 {
2033         struct bfq_io_cq *bic = bfqq->bic;
2034
2035         /*
2036          * If !bfqq->bic, the queue is already shared or its requests
2037          * have already been redirected to a shared queue; both idle window
2038          * and weight raising state have already been saved. Do nothing.
2039          */
2040         if (!bic)
2041                 return;
2042
2043         bic->saved_ttime = bfqq->ttime;
2044         bic->saved_has_short_ttime = bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
2045         bic->saved_IO_bound = bfq_bfqq_IO_bound(bfqq);
2046         bic->saved_in_large_burst = bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq);
2047         bic->was_in_burst_list = !hlist_unhashed(&bfqq->burst_list_node);
2048         bic->saved_wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
2049         bic->saved_wr_start_at_switch_to_srt = bfqq->wr_start_at_switch_to_srt;
2050         bic->saved_last_wr_start_finish = bfqq->last_wr_start_finish;
2051         bic->saved_wr_cur_max_time = bfqq->wr_cur_max_time;
2052 }
2053
2054 static void
2055 bfq_merge_bfqqs(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_io_cq *bic,
2056                 struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_queue *new_bfqq)
2057 {
2058         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "merging with queue %lu",
2059                 (unsigned long)new_bfqq->pid);
2060         /* Save weight raising and idle window of the merged queues */
2061         bfq_bfqq_save_state(bfqq);
2062         bfq_bfqq_save_state(new_bfqq);
2063         if (bfq_bfqq_IO_bound(bfqq))
2064                 bfq_mark_bfqq_IO_bound(new_bfqq);
2065         bfq_clear_bfqq_IO_bound(bfqq);
2066
2067         /*
2068          * If bfqq is weight-raised, then let new_bfqq inherit
2069          * weight-raising. To reduce false positives, neglect the case
2070          * where bfqq has just been created, but has not yet made it
2071          * to be weight-raised (which may happen because EQM may merge
2072          * bfqq even before bfq_add_request is executed for the first
2073          * time for bfqq). Handling this case would however be very
2074          * easy, thanks to the flag just_created.
2075          */
2076         if (new_bfqq->wr_coeff == 1 && bfqq->wr_coeff > 1) {
2077                 new_bfqq->wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
2078                 new_bfqq->wr_cur_max_time = bfqq->wr_cur_max_time;
2079                 new_bfqq->last_wr_start_finish = bfqq->last_wr_start_finish;
2080                 new_bfqq->wr_start_at_switch_to_srt =
2081                         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt;
2082                 if (bfq_bfqq_busy(new_bfqq))
2083                         bfqd->wr_busy_queues++;
2084                 new_bfqq->entity.prio_changed = 1;
2085         }
2086
2087         if (bfqq->wr_coeff > 1) { /* bfqq has given its wr to new_bfqq */
2088                 bfqq->wr_coeff = 1;
2089                 bfqq->entity.prio_changed = 1;
2090                 if (bfq_bfqq_busy(bfqq))
2091                         bfqd->wr_busy_queues--;
2092         }
2093
2094         bfq_log_bfqq(bfqd, new_bfqq, "merge_bfqqs: wr_busy %d",
2095                      bfqd->wr_busy_queues);
2096
2097         /*
2098          * Merge queues (that is, let bic redirect its requests to new_bfqq)
2099          */
2100         bic_set_bfqq(bic, new_bfqq, 1);
2101         bfq_mark_bfqq_coop(new_bfqq);
2102         /*
2103          * new_bfqq now belongs to at least two bics (it is a shared queue):
2104          * set new_bfqq->bic to NULL. bfqq either:
2105          * - does not belong to any bic any more, and hence bfqq->bic must
2106          *   be set to NULL, or
2107          * - is a queue whose owning bics have already been redirected to a
2108          *   different queue, hence the queue is destined to not belong to
2109          *   any bic soon and bfqq->bic is already NULL (therefore the next
2110          *   assignment causes no harm).
2111          */
2112         new_bfqq->bic = NULL;
2113         bfqq->bic = NULL;
2114         /* release process reference to bfqq */
2115         bfq_put_queue(bfqq);
2116 }
2117
2118 static bool bfq_allow_bio_merge(struct request_queue *q, struct request *rq,
2119                                 struct bio *bio)
2120 {
2121         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
2122         bool is_sync = op_is_sync(bio->bi_opf);
2123         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->bio_bfqq, *new_bfqq;
2124
2125         /*
2126          * Disallow merge of a sync bio into an async request.
2127          */
2128         if (is_sync && !rq_is_sync(rq))
2129                 return false;
2130
2131         /*
2132          * Lookup the bfqq that this bio will be queued with. Allow
2133          * merge only if rq is queued there.
2134          */
2135         if (!bfqq)
2136                 return false;
2137
2138         /*
2139          * We take advantage of this function to perform an early merge
2140          * of the queues of possible cooperating processes.
2141          */
2142         new_bfqq = bfq_setup_cooperator(bfqd, bfqq, bio, false);
2143         if (new_bfqq) {
2144                 /*
2145                  * bic still points to bfqq, then it has not yet been
2146                  * redirected to some other bfq_queue, and a queue
2147                  * merge beween bfqq and new_bfqq can be safely
2148                  * fulfillled, i.e., bic can be redirected to new_bfqq
2149                  * and bfqq can be put.
2150                  */
2151                 bfq_merge_bfqqs(bfqd, bfqd->bio_bic, bfqq,
2152                                 new_bfqq);
2153                 /*
2154                  * If we get here, bio will be queued into new_queue,
2155                  * so use new_bfqq to decide whether bio and rq can be
2156                  * merged.
2157                  */
2158                 bfqq = new_bfqq;
2159
2160                 /*
2161                  * Change also bqfd->bio_bfqq, as
2162                  * bfqd->bio_bic now points to new_bfqq, and
2163                  * this function may be invoked again (and then may
2164                  * use again bqfd->bio_bfqq).
2165                  */
2166                 bfqd->bio_bfqq = bfqq;
2167         }
2168
2169         return bfqq == RQ_BFQQ(rq);
2170 }
2171
2172 /*
2173  * Set the maximum time for the in-service queue to consume its
2174  * budget. This prevents seeky processes from lowering the throughput.
2175  * In practice, a time-slice service scheme is used with seeky
2176  * processes.
2177  */
2178 static void bfq_set_budget_timeout(struct bfq_data *bfqd,
2179                                    struct bfq_queue *bfqq)
2180 {
2181         unsigned int timeout_coeff;
2182
2183         if (bfqq->wr_cur_max_time == bfqd->bfq_wr_rt_max_time)
2184                 timeout_coeff = 1;
2185         else
2186                 timeout_coeff = bfqq->entity.weight / bfqq->entity.orig_weight;
2187
2188         bfqd->last_budget_start = ktime_get();
2189
2190         bfqq->budget_timeout = jiffies +
2191                 bfqd->bfq_timeout * timeout_coeff;
2192 }
2193
2194 static void __bfq_set_in_service_queue(struct bfq_data *bfqd,
2195                                        struct bfq_queue *bfqq)
2196 {
2197         if (bfqq) {
2198                 bfqg_stats_update_avg_queue_size(bfqq_group(bfqq));
2199                 bfq_clear_bfqq_fifo_expire(bfqq);
2200
2201                 bfqd->budgets_assigned = (bfqd->budgets_assigned * 7 + 256) / 8;
2202
2203                 if (time_is_before_jiffies(bfqq->last_wr_start_finish) &&
2204                     bfqq->wr_coeff > 1 &&
2205                     bfqq->wr_cur_max_time == bfqd->bfq_wr_rt_max_time &&
2206                     time_is_before_jiffies(bfqq->budget_timeout)) {
2207                         /*
2208                          * For soft real-time queues, move the start
2209                          * of the weight-raising period forward by the
2210                          * time the queue has not received any
2211                          * service. Otherwise, a relatively long
2212                          * service delay is likely to cause the
2213                          * weight-raising period of the queue to end,
2214                          * because of the short duration of the
2215                          * weight-raising period of a soft real-time
2216                          * queue.  It is worth noting that this move
2217                          * is not so dangerous for the other queues,
2218                          * because soft real-time queues are not
2219                          * greedy.
2220                          *
2221                          * To not add a further variable, we use the
2222                          * overloaded field budget_timeout to
2223                          * determine for how long the queue has not
2224                          * received service, i.e., how much time has
2225                          * elapsed since the queue expired. However,
2226                          * this is a little imprecise, because
2227                          * budget_timeout is set to jiffies if bfqq
2228                          * not only expires, but also remains with no
2229                          * request.
2230                          */
2231                         if (time_after(bfqq->budget_timeout,
2232                                        bfqq->last_wr_start_finish))
2233                                 bfqq->last_wr_start_finish +=
2234                                         jiffies - bfqq->budget_timeout;
2235                         else
2236                                 bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
2237                 }
2238
2239                 bfq_set_budget_timeout(bfqd, bfqq);
2240                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq,
2241                              "set_in_service_queue, cur-budget = %d",
2242                              bfqq->entity.budget);
2243         }
2244
2245         bfqd->in_service_queue = bfqq;
2246 }
2247
2248 /*
2249  * Get and set a new queue for service.
2250  */
2251 static struct bfq_queue *bfq_set_in_service_queue(struct bfq_data *bfqd)
2252 {
2253         struct bfq_queue *bfqq = bfq_get_next_queue(bfqd);
2254
2255         __bfq_set_in_service_queue(bfqd, bfqq);
2256         return bfqq;
2257 }
2258
2259 static void bfq_arm_slice_timer(struct bfq_data *bfqd)
2260 {
2261         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->in_service_queue;
2262         u32 sl;
2263
2264         bfq_mark_bfqq_wait_request(bfqq);
2265
2266         /*
2267          * We don't want to idle for seeks, but we do want to allow
2268          * fair distribution of slice time for a process doing back-to-back
2269          * seeks. So allow a little bit of time for him to submit a new rq.
2270          */
2271         sl = bfqd->bfq_slice_idle;
2272         /*
2273          * Unless the queue is being weight-raised or the scenario is
2274          * asymmetric, grant only minimum idle time if the queue
2275          * is seeky. A long idling is preserved for a weight-raised
2276          * queue, or, more in general, in an asymmetric scenario,
2277          * because a long idling is needed for guaranteeing to a queue
2278          * its reserved share of the throughput (in particular, it is
2279          * needed if the queue has a higher weight than some other
2280          * queue).
2281          */
2282         if (BFQQ_SEEKY(bfqq) && bfqq->wr_coeff == 1 &&
2283             bfq_symmetric_scenario(bfqd))
2284                 sl = min_t(u64, sl, BFQ_MIN_TT);
2285         else if (bfqq->wr_coeff > 1)
2286                 sl = max_t(u32, sl, 20ULL * NSEC_PER_MSEC);
2287
2288         bfqd->last_idling_start = ktime_get();
2289         hrtimer_start(&bfqd->idle_slice_timer, ns_to_ktime(sl),
2290                       HRTIMER_MODE_REL);
2291         bfqg_stats_set_start_idle_time(bfqq_group(bfqq));
2292 }
2293
2294 /*
2295  * In autotuning mode, max_budget is dynamically recomputed as the
2296  * amount of sectors transferred in timeout at the estimated peak
2297  * rate. This enables BFQ to utilize a full timeslice with a full
2298  * budget, even if the in-service queue is served at peak rate. And
2299  * this maximises throughput with sequential workloads.
2300  */
2301 static unsigned long bfq_calc_max_budget(struct bfq_data *bfqd)
2302 {
2303         return (u64)bfqd->peak_rate * USEC_PER_MSEC *
2304                 jiffies_to_msecs(bfqd->bfq_timeout)>>BFQ_RATE_SHIFT;
2305 }
2306
2307 /*
2308  * Update parameters related to throughput and responsiveness, as a
2309  * function of the estimated peak rate. See comments on
2310  * bfq_calc_max_budget(), and on T_slow and T_fast arrays.
2311  */
2312 static void update_thr_responsiveness_params(struct bfq_data *bfqd)
2313 {
2314         int dev_type = blk_queue_nonrot(bfqd->queue);
2315
2316         if (bfqd->bfq_user_max_budget == 0)
2317                 bfqd->bfq_max_budget =
2318                         bfq_calc_max_budget(bfqd);
2319
2320         if (bfqd->device_speed == BFQ_BFQD_FAST &&
2321             bfqd->peak_rate < device_speed_thresh[dev_type]) {
2322                 bfqd->device_speed = BFQ_BFQD_SLOW;
2323                 bfqd->RT_prod = R_slow[dev_type] *
2324                         T_slow[dev_type];
2325         } else if (bfqd->device_speed == BFQ_BFQD_SLOW &&
2326                    bfqd->peak_rate > device_speed_thresh[dev_type]) {
2327                 bfqd->device_speed = BFQ_BFQD_FAST;
2328                 bfqd->RT_prod = R_fast[dev_type] *
2329                         T_fast[dev_type];
2330         }
2331
2332         bfq_log(bfqd,
2333 "dev_type %s dev_speed_class = %s (%llu sects/sec), thresh %llu setcs/sec",
2334                 dev_type == 0 ? "ROT" : "NONROT",
2335                 bfqd->device_speed == BFQ_BFQD_FAST ? "FAST" : "SLOW",
2336                 bfqd->device_speed == BFQ_BFQD_FAST ?
2337                 (USEC_PER_SEC*(u64)R_fast[dev_type])>>BFQ_RATE_SHIFT :
2338                 (USEC_PER_SEC*(u64)R_slow[dev_type])>>BFQ_RATE_SHIFT,
2339                 (USEC_PER_SEC*(u64)device_speed_thresh[dev_type])>>
2340                 BFQ_RATE_SHIFT);
2341 }
2342
2343 static void bfq_reset_rate_computation(struct bfq_data *bfqd,
2344                                        struct request *rq)
2345 {
2346         if (rq != NULL) { /* new rq dispatch now, reset accordingly */
2347                 bfqd->last_dispatch = bfqd->first_dispatch = ktime_get_ns();
2348                 bfqd->peak_rate_samples = 1;
2349                 bfqd->sequential_samples = 0;
2350                 bfqd->tot_sectors_dispatched = bfqd->last_rq_max_size =
2351                         blk_rq_sectors(rq);
2352         } else /* no new rq dispatched, just reset the number of samples */
2353                 bfqd->peak_rate_samples = 0; /* full re-init on next disp. */
2354
2355         bfq_log(bfqd,
2356                 "reset_rate_computation at end, sample %u/%u tot_sects %llu",
2357                 bfqd->peak_rate_samples, bfqd->sequential_samples,
2358                 bfqd->tot_sectors_dispatched);
2359 }
2360
2361 static void bfq_update_rate_reset(struct bfq_data *bfqd, struct request *rq)
2362 {
2363         u32 rate, weight, divisor;
2364
2365         /*
2366          * For the convergence property to hold (see comments on
2367          * bfq_update_peak_rate()) and for the assessment to be
2368          * reliable, a minimum number of samples must be present, and
2369          * a minimum amount of time must have elapsed. If not so, do
2370          * not compute new rate. Just reset parameters, to get ready
2371          * for a new evaluation attempt.
2372          */
2373         if (bfqd->peak_rate_samples < BFQ_RATE_MIN_SAMPLES ||
2374             bfqd->delta_from_first < BFQ_RATE_MIN_INTERVAL)
2375                 goto reset_computation;
2376
2377         /*
2378          * If a new request completion has occurred after last
2379          * dispatch, then, to approximate the rate at which requests
2380          * have been served by the device, it is more precise to
2381          * extend the observation interval to the last completion.
2382          */
2383         bfqd->delta_from_first =
2384                 max_t(u64, bfqd->delta_from_first,
2385                       bfqd->last_completion - bfqd->first_dispatch);
2386
2387         /*
2388          * Rate computed in sects/usec, and not sects/nsec, for
2389          * precision issues.
2390          */
2391         rate = div64_ul(bfqd->tot_sectors_dispatched<<BFQ_RATE_SHIFT,
2392                         div_u64(bfqd->delta_from_first, NSEC_PER_USEC));
2393
2394         /*
2395          * Peak rate not updated if:
2396          * - the percentage of sequential dispatches is below 3/4 of the
2397          *   total, and rate is below the current estimated peak rate
2398          * - rate is unreasonably high (> 20M sectors/sec)
2399          */
2400         if ((bfqd->sequential_samples < (3 * bfqd->peak_rate_samples)>>2 &&
2401              rate <= bfqd->peak_rate) ||
2402                 rate > 20<<BFQ_RATE_SHIFT)
2403                 goto reset_computation;
2404
2405         /*
2406          * We have to update the peak rate, at last! To this purpose,
2407          * we use a low-pass filter. We compute the smoothing constant
2408          * of the filter as a function of the 'weight' of the new
2409          * measured rate.
2410          *
2411          * As can be seen in next formulas, we define this weight as a
2412          * quantity proportional to how sequential the workload is,
2413          * and to how long the observation time interval is.
2414          *
2415          * The weight runs from 0 to 8. The maximum value of the
2416          * weight, 8, yields the minimum value for the smoothing
2417          * constant. At this minimum value for the smoothing constant,
2418          * the measured rate contributes for half of the next value of
2419          * the estimated peak rate.
2420          *
2421          * So, the first step is to compute the weight as a function
2422          * of how sequential the workload is. Note that the weight
2423          * cannot reach 9, because bfqd->sequential_samples cannot
2424          * become equal to bfqd->peak_rate_samples, which, in its
2425          * turn, holds true because bfqd->sequential_samples is not
2426          * incremented for the first sample.
2427          */
2428         weight = (9 * bfqd->sequential_samples) / bfqd->peak_rate_samples;
2429
2430         /*
2431          * Second step: further refine the weight as a function of the
2432          * duration of the observation interval.
2433          */
2434         weight = min_t(u32, 8,
2435                        div_u64(weight * bfqd->delta_from_first,
2436                                BFQ_RATE_REF_INTERVAL));
2437
2438         /*
2439          * Divisor ranging from 10, for minimum weight, to 2, for
2440          * maximum weight.
2441          */
2442         divisor = 10 - weight;
2443
2444         /*
2445          * Finally, update peak rate:
2446          *
2447          * peak_rate = peak_rate * (divisor-1) / divisor  +  rate / divisor
2448          */
2449         bfqd->peak_rate *= divisor-1;
2450         bfqd->peak_rate /= divisor;
2451         rate /= divisor; /* smoothing constant alpha = 1/divisor */
2452
2453         bfqd->peak_rate += rate;
2454         update_thr_responsiveness_params(bfqd);
2455
2456 reset_computation:
2457         bfq_reset_rate_computation(bfqd, rq);
2458 }
2459
2460 /*
2461  * Update the read/write peak rate (the main quantity used for
2462  * auto-tuning, see update_thr_responsiveness_params()).
2463  *
2464  * It is not trivial to estimate the peak rate (correctly): because of
2465  * the presence of sw and hw queues between the scheduler and the
2466  * device components that finally serve I/O requests, it is hard to
2467  * say exactly when a given dispatched request is served inside the
2468  * device, and for how long. As a consequence, it is hard to know
2469  * precisely at what rate a given set of requests is actually served
2470  * by the device.
2471  *
2472  * On the opposite end, the dispatch time of any request is trivially
2473  * available, and, from this piece of information, the "dispatch rate"
2474  * of requests can be immediately computed. So, the idea in the next
2475  * function is to use what is known, namely request dispatch times
2476  * (plus, when useful, request completion times), to estimate what is
2477  * unknown, namely in-device request service rate.
2478  *
2479  * The main issue is that, because of the above facts, the rate at
2480  * which a certain set of requests is dispatched over a certain time
2481  * interval can vary greatly with respect to the rate at which the
2482  * same requests are then served. But, since the size of any
2483  * intermediate queue is limited, and the service scheme is lossless
2484  * (no request is silently dropped), the following obvious convergence
2485  * property holds: the number of requests dispatched MUST become
2486  * closer and closer to the number of requests completed as the
2487  * observation interval grows. This is the key property used in
2488  * the next function to estimate the peak service rate as a function
2489  * of the observed dispatch rate. The function assumes to be invoked
2490  * on every request dispatch.
2491  */
2492 static void bfq_update_peak_rate(struct bfq_data *bfqd, struct request *rq)
2493 {
2494         u64 now_ns = ktime_get_ns();
2495
2496         if (bfqd->peak_rate_samples == 0) { /* first dispatch */
2497                 bfq_log(bfqd, "update_peak_rate: goto reset, samples %d",
2498                         bfqd->peak_rate_samples);
2499                 bfq_reset_rate_computation(bfqd, rq);
2500                 goto update_last_values; /* will add one sample */
2501         }
2502
2503         /*
2504          * Device idle for very long: the observation interval lasting
2505          * up to this dispatch cannot be a valid observation interval
2506          * for computing a new peak rate (similarly to the late-
2507          * completion event in bfq_completed_request()). Go to
2508          * update_rate_and_reset to have the following three steps
2509          * taken:
2510          * - close the observation interval at the last (previous)
2511          *   request dispatch or completion
2512          * - compute rate, if possible, for that observation interval
2513          * - start a new observation interval with this dispatch
2514          */
2515         if (now_ns - bfqd->last_dispatch > 100*NSEC_PER_MSEC &&
2516             bfqd->rq_in_driver == 0)
2517                 goto update_rate_and_reset;
2518
2519         /* Update sampling information */
2520         bfqd->peak_rate_samples++;
2521
2522         if ((bfqd->rq_in_driver > 0 ||
2523                 now_ns - bfqd->last_completion < BFQ_MIN_TT)
2524              && get_sdist(bfqd->last_position, rq) < BFQQ_SEEK_THR)
2525                 bfqd->sequential_samples++;
2526
2527         bfqd->tot_sectors_dispatched += blk_rq_sectors(rq);
2528
2529         /* Reset max observed rq size every 32 dispatches */
2530         if (likely(bfqd->peak_rate_samples % 32))
2531                 bfqd->last_rq_max_size =
2532                         max_t(u32, blk_rq_sectors(rq), bfqd->last_rq_max_size);
2533         else
2534                 bfqd->last_rq_max_size = blk_rq_sectors(rq);
2535
2536         bfqd->delta_from_first = now_ns - bfqd->first_dispatch;
2537
2538         /* Target observation interval not yet reached, go on sampling */
2539         if (bfqd->delta_from_first < BFQ_RATE_REF_INTERVAL)
2540                 goto update_last_values;
2541
2542 update_rate_and_reset:
2543         bfq_update_rate_reset(bfqd, rq);
2544 update_last_values:
2545         bfqd->last_position = blk_rq_pos(rq) + blk_rq_sectors(rq);
2546         bfqd->last_dispatch = now_ns;
2547 }
2548
2549 /*
2550  * Remove request from internal lists.
2551  */
2552 static void bfq_dispatch_remove(struct request_queue *q, struct request *rq)
2553 {
2554         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
2555
2556         /*
2557          * For consistency, the next instruction should have been
2558          * executed after removing the request from the queue and
2559          * dispatching it.  We execute instead this instruction before
2560          * bfq_remove_request() (and hence introduce a temporary
2561          * inconsistency), for efficiency.  In fact, should this
2562          * dispatch occur for a non in-service bfqq, this anticipated
2563          * increment prevents two counters related to bfqq->dispatched
2564          * from risking to be, first, uselessly decremented, and then
2565          * incremented again when the (new) value of bfqq->dispatched
2566          * happens to be taken into account.
2567          */
2568         bfqq->dispatched++;
2569         bfq_update_peak_rate(q->elevator->elevator_data, rq);
2570
2571         bfq_remove_request(q, rq);
2572 }
2573
2574 static void __bfq_bfqq_expire(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
2575 {
2576         /*
2577          * If this bfqq is shared between multiple processes, check
2578          * to make sure that those processes are still issuing I/Os
2579          * within the mean seek distance. If not, it may be time to
2580          * break the queues apart again.
2581          */
2582         if (bfq_bfqq_coop(bfqq) && BFQQ_SEEKY(bfqq))
2583                 bfq_mark_bfqq_split_coop(bfqq);
2584
2585         if (RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list)) {
2586                 if (bfqq->dispatched == 0)
2587                         /*
2588                          * Overloading budget_timeout field to store
2589                          * the time at which the queue remains with no
2590                          * backlog and no outstanding request; used by
2591                          * the weight-raising mechanism.
2592                          */
2593                         bfqq->budget_timeout = jiffies;
2594
2595                 bfq_del_bfqq_busy(bfqd, bfqq, true);
2596         } else {
2597                 bfq_requeue_bfqq(bfqd, bfqq, true);
2598                 /*
2599                  * Resort priority tree of potential close cooperators.
2600                  */
2601                 bfq_pos_tree_add_move(bfqd, bfqq);
2602         }
2603
2604         /*
2605          * All in-service entities must have been properly deactivated
2606          * or requeued before executing the next function, which
2607          * resets all in-service entites as no more in service.
2608          */
2609         __bfq_bfqd_reset_in_service(bfqd);
2610 }
2611
2612 /**
2613  * __bfq_bfqq_recalc_budget - try to adapt the budget to the @bfqq behavior.
2614  * @bfqd: device data.
2615  * @bfqq: queue to update.
2616  * @reason: reason for expiration.
2617  *
2618  * Handle the feedback on @bfqq budget at queue expiration.
2619  * See the body for detailed comments.
2620  */
2621 static void __bfq_bfqq_recalc_budget(struct bfq_data *bfqd,
2622                                      struct bfq_queue *bfqq,
2623                                      enum bfqq_expiration reason)
2624 {
2625         struct request *next_rq;
2626         int budget, min_budget;
2627
2628         min_budget = bfq_min_budget(bfqd);
2629
2630         if (bfqq->wr_coeff == 1)
2631                 budget = bfqq->max_budget;
2632         else /*
2633               * Use a constant, low budget for weight-raised queues,
2634               * to help achieve a low latency. Keep it slightly higher
2635               * than the minimum possible budget, to cause a little
2636               * bit fewer expirations.
2637               */
2638                 budget = 2 * min_budget;
2639
2640         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "recalc_budg: last budg %d, budg left %d",
2641                 bfqq->entity.budget, bfq_bfqq_budget_left(bfqq));
2642         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "recalc_budg: last max_budg %d, min budg %d",
2643                 budget, bfq_min_budget(bfqd));
2644         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "recalc_budg: sync %d, seeky %d",
2645                 bfq_bfqq_sync(bfqq), BFQQ_SEEKY(bfqd->in_service_queue));
2646
2647         if (bfq_bfqq_sync(bfqq) && bfqq->wr_coeff == 1) {
2648                 switch (reason) {
2649                 /*
2650                  * Caveat: in all the following cases we trade latency
2651                  * for throughput.
2652                  */
2653                 case BFQQE_TOO_IDLE:
2654                         /*
2655                          * This is the only case where we may reduce
2656                          * the budget: if there is no request of the
2657                          * process still waiting for completion, then
2658                          * we assume (tentatively) that the timer has
2659                          * expired because the batch of requests of
2660                          * the process could have been served with a
2661                          * smaller budget.  Hence, betting that
2662                          * process will behave in the same way when it
2663                          * becomes backlogged again, we reduce its
2664                          * next budget.  As long as we guess right,
2665                          * this budget cut reduces the latency
2666                          * experienced by the process.
2667                          *
2668                          * However, if there are still outstanding
2669                          * requests, then the process may have not yet
2670                          * issued its next request just because it is
2671                          * still waiting for the completion of some of
2672                          * the still outstanding ones.  So in this
2673                          * subcase we do not reduce its budget, on the
2674                          * contrary we increase it to possibly boost
2675                          * the throughput, as discussed in the
2676                          * comments to the BUDGET_TIMEOUT case.
2677                          */
2678                         if (bfqq->dispatched > 0) /* still outstanding reqs */
2679                                 budget = min(budget * 2, bfqd->bfq_max_budget);
2680                         else {
2681                                 if (budget > 5 * min_budget)
2682                                         budget -= 4 * min_budget;
2683                                 else
2684                                         budget = min_budget;
2685                         }
2686                         break;
2687                 case BFQQE_BUDGET_TIMEOUT:
2688                         /*
2689                          * We double the budget here because it gives
2690                          * the chance to boost the throughput if this
2691                          * is not a seeky process (and has bumped into
2692                          * this timeout because of, e.g., ZBR).
2693                          */
2694                         budget = min(budget * 2, bfqd->bfq_max_budget);
2695                         break;
2696                 case BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED:
2697                         /*
2698                          * The process still has backlog, and did not
2699                          * let either the budget timeout or the disk
2700                          * idling timeout expire. Hence it is not
2701                          * seeky, has a short thinktime and may be
2702                          * happy with a higher budget too. So
2703                          * definitely increase the budget of this good
2704                          * candidate to boost the disk throughput.
2705                          */
2706                         budget = min(budget * 4, bfqd->bfq_max_budget);
2707                         break;
2708                 case BFQQE_NO_MORE_REQUESTS:
2709                         /*
2710                          * For queues that expire for this reason, it
2711                          * is particularly important to keep the
2712                          * budget close to the actual service they
2713                          * need. Doing so reduces the timestamp
2714                          * misalignment problem described in the
2715                          * comments in the body of
2716                          * __bfq_activate_entity. In fact, suppose
2717                          * that a queue systematically expires for
2718                          * BFQQE_NO_MORE_REQUESTS and presents a
2719                          * new request in time to enjoy timestamp
2720                          * back-shifting. The larger the budget of the
2721                          * queue is with respect to the service the
2722                          * queue actually requests in each service
2723                          * slot, the more times the queue can be
2724                          * reactivated with the same virtual finish
2725                          * time. It follows that, even if this finish
2726                          * time is pushed to the system virtual time
2727                          * to reduce the consequent timestamp
2728                          * misalignment, the queue unjustly enjoys for
2729                          * many re-activations a lower finish time
2730                          * than all newly activated queues.
2731                          *
2732                          * The service needed by bfqq is measured
2733                          * quite precisely by bfqq->entity.service.
2734                          * Since bfqq does not enjoy device idling,
2735                          * bfqq->entity.service is equal to the number
2736                          * of sectors that the process associated with
2737                          * bfqq requested to read/write before waiting
2738                          * for request completions, or blocking for
2739                          * other reasons.
2740                          */
2741                         budget = max_t(int, bfqq->entity.service, min_budget);
2742                         break;
2743                 default:
2744                         return;
2745                 }
2746         } else if (!bfq_bfqq_sync(bfqq)) {
2747                 /*
2748                  * Async queues get always the maximum possible
2749                  * budget, as for them we do not care about latency
2750                  * (in addition, their ability to dispatch is limited
2751                  * by the charging factor).
2752                  */
2753                 budget = bfqd->bfq_max_budget;
2754         }
2755
2756         bfqq->max_budget = budget;
2757
2758         if (bfqd->budgets_assigned >= bfq_stats_min_budgets &&
2759             !bfqd->bfq_user_max_budget)
2760                 bfqq->max_budget = min(bfqq->max_budget, bfqd->bfq_max_budget);
2761
2762         /*
2763          * If there is still backlog, then assign a new budget, making
2764          * sure that it is large enough for the next request.  Since
2765          * the finish time of bfqq must be kept in sync with the
2766          * budget, be sure to call __bfq_bfqq_expire() *after* this
2767          * update.
2768          *
2769          * If there is no backlog, then no need to update the budget;
2770          * it will be updated on the arrival of a new request.
2771          */
2772         next_rq = bfqq->next_rq;
2773         if (next_rq)
2774                 bfqq->entity.budget = max_t(unsigned long, bfqq->max_budget,
2775                                             bfq_serv_to_charge(next_rq, bfqq));
2776
2777         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "head sect: %u, new budget %d",
2778                         next_rq ? blk_rq_sectors(next_rq) : 0,
2779                         bfqq->entity.budget);
2780 }
2781
2782 /*
2783  * Return true if the process associated with bfqq is "slow". The slow
2784  * flag is used, in addition to the budget timeout, to reduce the
2785  * amount of service provided to seeky processes, and thus reduce
2786  * their chances to lower the throughput. More details in the comments
2787  * on the function bfq_bfqq_expire().
2788  *
2789  * An important observation is in order: as discussed in the comments
2790  * on the function bfq_update_peak_rate(), with devices with internal
2791  * queues, it is hard if ever possible to know when and for how long
2792  * an I/O request is processed by the device (apart from the trivial
2793  * I/O pattern where a new request is dispatched only after the
2794  * previous one has been completed). This makes it hard to evaluate
2795  * the real rate at which the I/O requests of each bfq_queue are
2796  * served.  In fact, for an I/O scheduler like BFQ, serving a
2797  * bfq_queue means just dispatching its requests during its service
2798  * slot (i.e., until the budget of the queue is exhausted, or the
2799  * queue remains idle, or, finally, a timeout fires). But, during the
2800  * service slot of a bfq_queue, around 100 ms at most, the device may
2801  * be even still processing requests of bfq_queues served in previous
2802  * service slots. On the opposite end, the requests of the in-service
2803  * bfq_queue may be completed after the service slot of the queue
2804  * finishes.
2805  *
2806  * Anyway, unless more sophisticated solutions are used
2807  * (where possible), the sum of the sizes of the requests dispatched
2808  * during the service slot of a bfq_queue is probably the only
2809  * approximation available for the service received by the bfq_queue
2810  * during its service slot. And this sum is the quantity used in this
2811  * function to evaluate the I/O speed of a process.
2812  */
2813 static bool bfq_bfqq_is_slow(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
2814                                  bool compensate, enum bfqq_expiration reason,
2815                                  unsigned long *delta_ms)
2816 {
2817         ktime_t delta_ktime;
2818         u32 delta_usecs;
2819         bool slow = BFQQ_SEEKY(bfqq); /* if delta too short, use seekyness */
2820
2821         if (!bfq_bfqq_sync(bfqq))
2822                 return false;
2823
2824         if (compensate)
2825                 delta_ktime = bfqd->last_idling_start;
2826         else
2827                 delta_ktime = ktime_get();
2828         delta_ktime = ktime_sub(delta_ktime, bfqd->last_budget_start);
2829         delta_usecs = ktime_to_us(delta_ktime);
2830
2831         /* don't use too short time intervals */
2832         if (delta_usecs < 1000) {
2833                 if (blk_queue_nonrot(bfqd->queue))
2834                          /*
2835                           * give same worst-case guarantees as idling
2836                           * for seeky
2837                           */
2838                         *delta_ms = BFQ_MIN_TT / NSEC_PER_MSEC;
2839                 else /* charge at least one seek */
2840                         *delta_ms = bfq_slice_idle / NSEC_PER_MSEC;
2841
2842                 return slow;
2843         }
2844
2845         *delta_ms = delta_usecs / USEC_PER_MSEC;
2846
2847         /*
2848          * Use only long (> 20ms) intervals to filter out excessive
2849          * spikes in service rate estimation.
2850          */
2851         if (delta_usecs > 20000) {
2852                 /*
2853                  * Caveat for rotational devices: processes doing I/O
2854                  * in the slower disk zones tend to be slow(er) even
2855                  * if not seeky. In this respect, the estimated peak
2856                  * rate is likely to be an average over the disk
2857                  * surface. Accordingly, to not be too harsh with
2858                  * unlucky processes, a process is deemed slow only if
2859                  * its rate has been lower than half of the estimated
2860                  * peak rate.
2861                  */
2862                 slow = bfqq->entity.service < bfqd->bfq_max_budget / 2;
2863         }
2864
2865         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "bfq_bfqq_is_slow: slow %d", slow);
2866
2867         return slow;
2868 }
2869
2870 /*
2871  * To be deemed as soft real-time, an application must meet two
2872  * requirements. First, the application must not require an average
2873  * bandwidth higher than the approximate bandwidth required to playback or
2874  * record a compressed high-definition video.
2875  * The next function is invoked on the completion of the last request of a
2876  * batch, to compute the next-start time instant, soft_rt_next_start, such
2877  * that, if the next request of the application does not arrive before
2878  * soft_rt_next_start, then the above requirement on the bandwidth is met.
2879  *
2880  * The second requirement is that the request pattern of the application is
2881  * isochronous, i.e., that, after issuing a request or a batch of requests,
2882  * the application stops issuing new requests until all its pending requests
2883  * have been completed. After that, the application may issue a new batch,
2884  * and so on.
2885  * For this reason the next function is invoked to compute
2886  * soft_rt_next_start only for applications that meet this requirement,
2887  * whereas soft_rt_next_start is set to infinity for applications that do
2888  * not.
2889  *
2890  * Unfortunately, even a greedy application may happen to behave in an
2891  * isochronous way if the CPU load is high. In fact, the application may
2892  * stop issuing requests while the CPUs are busy serving other processes,
2893  * then restart, then stop again for a while, and so on. In addition, if
2894  * the disk achieves a low enough throughput with the request pattern
2895  * issued by the application (e.g., because the request pattern is random
2896  * and/or the device is slow), then the application may meet the above
2897  * bandwidth requirement too. To prevent such a greedy application to be
2898  * deemed as soft real-time, a further rule is used in the computation of
2899  * soft_rt_next_start: soft_rt_next_start must be higher than the current
2900  * time plus the maximum time for which the arrival of a request is waited
2901  * for when a sync queue becomes idle, namely bfqd->bfq_slice_idle.
2902  * This filters out greedy applications, as the latter issue instead their
2903  * next request as soon as possible after the last one has been completed
2904  * (in contrast, when a batch of requests is completed, a soft real-time
2905  * application spends some time processing data).
2906  *
2907  * Unfortunately, the last filter may easily generate false positives if
2908  * only bfqd->bfq_slice_idle is used as a reference time interval and one
2909  * or both the following cases occur:
2910  * 1) HZ is so low that the duration of a jiffy is comparable to or higher
2911  *    than bfqd->bfq_slice_idle. This happens, e.g., on slow devices with
2912  *    HZ=100.
2913  * 2) jiffies, instead of increasing at a constant rate, may stop increasing
2914  *    for a while, then suddenly 'jump' by several units to recover the lost
2915  *    increments. This seems to happen, e.g., inside virtual machines.
2916  * To address this issue, we do not use as a reference time interval just
2917  * bfqd->bfq_slice_idle, but bfqd->bfq_slice_idle plus a few jiffies. In
2918  * particular we add the minimum number of jiffies for which the filter
2919  * seems to be quite precise also in embedded systems and KVM/QEMU virtual
2920  * machines.
2921  */
2922 static unsigned long bfq_bfqq_softrt_next_start(struct bfq_data *bfqd,
2923                                                 struct bfq_queue *bfqq)
2924 {
2925         return max(bfqq->last_idle_bklogged +
2926                    HZ * bfqq->service_from_backlogged /
2927                    bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate,
2928                    jiffies + nsecs_to_jiffies(bfqq->bfqd->bfq_slice_idle) + 4);
2929 }
2930
2931 /**
2932  * bfq_bfqq_expire - expire a queue.
2933  * @bfqd: device owning the queue.
2934  * @bfqq: the queue to expire.
2935  * @compensate: if true, compensate for the time spent idling.
2936  * @reason: the reason causing the expiration.
2937  *
2938  * If the process associated with bfqq does slow I/O (e.g., because it
2939  * issues random requests), we charge bfqq with the time it has been
2940  * in service instead of the service it has received (see
2941  * bfq_bfqq_charge_time for details on how this goal is achieved). As
2942  * a consequence, bfqq will typically get higher timestamps upon
2943  * reactivation, and hence it will be rescheduled as if it had
2944  * received more service than what it has actually received. In the
2945  * end, bfqq receives less service in proportion to how slowly its
2946  * associated process consumes its budgets (and hence how seriously it
2947  * tends to lower the throughput). In addition, this time-charging
2948  * strategy guarantees time fairness among slow processes. In
2949  * contrast, if the process associated with bfqq is not slow, we
2950  * charge bfqq exactly with the service it has received.
2951  *
2952  * Charging time to the first type of queues and the exact service to
2953  * the other has the effect of using the WF2Q+ policy to schedule the
2954  * former on a timeslice basis, without violating service domain
2955  * guarantees among the latter.
2956  */
2957 void bfq_bfqq_expire(struct bfq_data *bfqd,
2958                      struct bfq_queue *bfqq,
2959                      bool compensate,
2960                      enum bfqq_expiration reason)
2961 {
2962         bool slow;
2963         unsigned long delta = 0;
2964         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
2965         int ref;
2966
2967         /*
2968          * Check whether the process is slow (see bfq_bfqq_is_slow).
2969          */
2970         slow = bfq_bfqq_is_slow(bfqd, bfqq, compensate, reason, &delta);
2971
2972         /*
2973          * Increase service_from_backlogged before next statement,
2974          * because the possible next invocation of
2975          * bfq_bfqq_charge_time would likely inflate
2976          * entity->service. In contrast, service_from_backlogged must
2977          * contain real service, to enable the soft real-time
2978          * heuristic to correctly compute the bandwidth consumed by
2979          * bfqq.
2980          */
2981         bfqq->service_from_backlogged += entity->service;
2982
2983         /*
2984          * As above explained, charge slow (typically seeky) and
2985          * timed-out queues with the time and not the service
2986          * received, to favor sequential workloads.
2987          *
2988          * Processes doing I/O in the slower disk zones will tend to
2989          * be slow(er) even if not seeky. Therefore, since the
2990          * estimated peak rate is actually an average over the disk
2991          * surface, these processes may timeout just for bad luck. To
2992          * avoid punishing them, do not charge time to processes that
2993          * succeeded in consuming at least 2/3 of their budget. This
2994          * allows BFQ to preserve enough elasticity to still perform
2995          * bandwidth, and not time, distribution with little unlucky
2996          * or quasi-sequential processes.
2997          */
2998         if (bfqq->wr_coeff == 1 &&
2999             (slow ||
3000              (reason == BFQQE_BUDGET_TIMEOUT &&
3001               bfq_bfqq_budget_left(bfqq) >=  entity->budget / 3)))
3002                 bfq_bfqq_charge_time(bfqd, bfqq, delta);
3003
3004         if (reason == BFQQE_TOO_IDLE &&
3005             entity->service <= 2 * entity->budget / 10)
3006                 bfq_clear_bfqq_IO_bound(bfqq);
3007
3008         if (bfqd->low_latency && bfqq->wr_coeff == 1)
3009                 bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
3010
3011         if (bfqd->low_latency && bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate > 0 &&
3012             RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list)) {
3013                 /*
3014                  * If we get here, and there are no outstanding
3015                  * requests, then the request pattern is isochronous
3016                  * (see the comments on the function
3017                  * bfq_bfqq_softrt_next_start()). Thus we can compute
3018                  * soft_rt_next_start. If, instead, the queue still
3019                  * has outstanding requests, then we have to wait for
3020                  * the completion of all the outstanding requests to
3021                  * discover whether the request pattern is actually
3022                  * isochronous.
3023                  */
3024                 if (bfqq->dispatched == 0)
3025                         bfqq->soft_rt_next_start =
3026                                 bfq_bfqq_softrt_next_start(bfqd, bfqq);
3027                 else {
3028                         /*
3029                          * The application is still waiting for the
3030                          * completion of one or more requests:
3031                          * prevent it from possibly being incorrectly
3032                          * deemed as soft real-time by setting its
3033                          * soft_rt_next_start to infinity. In fact,
3034                          * without this assignment, the application
3035                          * would be incorrectly deemed as soft
3036                          * real-time if:
3037                          * 1) it issued a new request before the
3038                          *    completion of all its in-flight
3039                          *    requests, and
3040                          * 2) at that time, its soft_rt_next_start
3041                          *    happened to be in the past.
3042                          */
3043                         bfqq->soft_rt_next_start =
3044                                 bfq_greatest_from_now();
3045                         /*
3046                          * Schedule an update of soft_rt_next_start to when
3047                          * the task may be discovered to be isochronous.
3048                          */
3049                         bfq_mark_bfqq_softrt_update(bfqq);
3050                 }
3051         }
3052
3053         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq,
3054                 "expire (%d, slow %d, num_disp %d, short_ttime %d)", reason,
3055                 slow, bfqq->dispatched, bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq));
3056
3057         /*
3058          * Increase, decrease or leave budget unchanged according to
3059          * reason.
3060          */
3061         __bfq_bfqq_recalc_budget(bfqd, bfqq, reason);
3062         ref = bfqq->ref;
3063         __bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq);
3064
3065         /* mark bfqq as waiting a request only if a bic still points to it */
3066         if (ref > 1 && !bfq_bfqq_busy(bfqq) &&
3067             reason != BFQQE_BUDGET_TIMEOUT &&
3068             reason != BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED)
3069                 bfq_mark_bfqq_non_blocking_wait_rq(bfqq);
3070 }
3071
3072 /*
3073  * Budget timeout is not implemented through a dedicated timer, but
3074  * just checked on request arrivals and completions, as well as on
3075  * idle timer expirations.
3076  */
3077 static bool bfq_bfqq_budget_timeout(struct bfq_queue *bfqq)
3078 {
3079         return time_is_before_eq_jiffies(bfqq->budget_timeout);
3080 }
3081
3082 /*
3083  * If we expire a queue that is actively waiting (i.e., with the
3084  * device idled) for the arrival of a new request, then we may incur
3085  * the timestamp misalignment problem described in the body of the
3086  * function __bfq_activate_entity. Hence we return true only if this
3087  * condition does not hold, or if the queue is slow enough to deserve
3088  * only to be kicked off for preserving a high throughput.
3089  */
3090 static bool bfq_may_expire_for_budg_timeout(struct bfq_queue *bfqq)
3091 {
3092         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq,
3093                 "may_budget_timeout: wait_request %d left %d timeout %d",
3094                 bfq_bfqq_wait_request(bfqq),
3095                         bfq_bfqq_budget_left(bfqq) >=  bfqq->entity.budget / 3,
3096                 bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq));
3097
3098         return (!bfq_bfqq_wait_request(bfqq) ||
3099                 bfq_bfqq_budget_left(bfqq) >=  bfqq->entity.budget / 3)
3100                 &&
3101                 bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq);
3102 }
3103
3104 /*
3105  * For a queue that becomes empty, device idling is allowed only if
3106  * this function returns true for the queue. As a consequence, since
3107  * device idling plays a critical role in both throughput boosting and
3108  * service guarantees, the return value of this function plays a
3109  * critical role in both these aspects as well.
3110  *
3111  * In a nutshell, this function returns true only if idling is
3112  * beneficial for throughput or, even if detrimental for throughput,
3113  * idling is however necessary to preserve service guarantees (low
3114  * latency, desired throughput distribution, ...). In particular, on
3115  * NCQ-capable devices, this function tries to return false, so as to
3116  * help keep the drives' internal queues full, whenever this helps the
3117  * device boost the throughput without causing any service-guarantee
3118  * issue.
3119  *
3120  * In more detail, the return value of this function is obtained by,
3121  * first, computing a number of boolean variables that take into
3122  * account throughput and service-guarantee issues, and, then,
3123  * combining these variables in a logical expression. Most of the
3124  * issues taken into account are not trivial. We discuss these issues
3125  * individually while introducing the variables.
3126  */
3127 static bool bfq_bfqq_may_idle(struct bfq_queue *bfqq)
3128 {
3129         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
3130         bool rot_without_queueing =
3131                 !blk_queue_nonrot(bfqd->queue) && !bfqd->hw_tag,
3132                 bfqq_sequential_and_IO_bound,
3133                 idling_boosts_thr, idling_boosts_thr_without_issues,
3134                 idling_needed_for_service_guarantees,
3135                 asymmetric_scenario;
3136
3137         if (bfqd->strict_guarantees)
3138                 return true;
3139
3140         /*
3141          * Idling is performed only if slice_idle > 0. In addition, we
3142          * do not idle if
3143          * (a) bfqq is async
3144          * (b) bfqq is in the idle io prio class: in this case we do
3145          * not idle because we want to minimize the bandwidth that
3146          * queues in this class can steal to higher-priority queues
3147          */
3148         if (bfqd->bfq_slice_idle == 0 || !bfq_bfqq_sync(bfqq) ||
3149             bfq_class_idle(bfqq))
3150                 return false;
3151
3152         bfqq_sequential_and_IO_bound = !BFQQ_SEEKY(bfqq) &&
3153                 bfq_bfqq_IO_bound(bfqq) && bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
3154
3155         /*
3156          * The next variable takes into account the cases where idling
3157          * boosts the throughput.
3158          *
3159          * The value of the variable is computed considering, first, that
3160          * idling is virtually always beneficial for the throughput if:
3161          * (a) the device is not NCQ-capable and rotational, or
3162          * (b) regardless of the presence of NCQ, the device is rotational and
3163          *     the request pattern for bfqq is I/O-bound and sequential, or
3164          * (c) regardless of whether it is rotational, the device is
3165          *     not NCQ-capable and the request pattern for bfqq is
3166          *     I/O-bound and sequential.
3167          *
3168          * Secondly, and in contrast to the above item (b), idling an
3169          * NCQ-capable flash-based device would not boost the
3170          * throughput even with sequential I/O; rather it would lower
3171          * the throughput in proportion to how fast the device
3172          * is. Accordingly, the next variable is true if any of the
3173          * above conditions (a), (b) or (c) is true, and, in
3174          * particular, happens to be false if bfqd is an NCQ-capable
3175          * flash-based device.
3176          */
3177         idling_boosts_thr = rot_without_queueing ||
3178                 ((!blk_queue_nonrot(bfqd->queue) || !bfqd->hw_tag) &&
3179                  bfqq_sequential_and_IO_bound);
3180
3181         /*
3182          * The value of the next variable,
3183          * idling_boosts_thr_without_issues, is equal to that of
3184          * idling_boosts_thr, unless a special case holds. In this
3185          * special case, described below, idling may cause problems to
3186          * weight-raised queues.
3187          *
3188          * When the request pool is saturated (e.g., in the presence
3189          * of write hogs), if the processes associated with
3190          * non-weight-raised queues ask for requests at a lower rate,
3191          * then processes associated with weight-raised queues have a
3192          * higher probability to get a request from the pool
3193          * immediately (or at least soon) when they need one. Thus
3194          * they have a higher probability to actually get a fraction
3195          * of the device throughput proportional to their high
3196          * weight. This is especially true with NCQ-capable drives,
3197          * which enqueue several requests in advance, and further
3198          * reorder internally-queued requests.
3199          *
3200          * For this reason, we force to false the value of
3201          * idling_boosts_thr_without_issues if there are weight-raised
3202          * busy queues. In this case, and if bfqq is not weight-raised,
3203          * this guarantees that the device is not idled for bfqq (if,
3204          * instead, bfqq is weight-raised, then idling will be
3205          * guaranteed by another variable, see below). Combined with
3206          * the timestamping rules of BFQ (see [1] for details), this
3207          * behavior causes bfqq, and hence any sync non-weight-raised
3208          * queue, to get a lower number of requests served, and thus
3209          * to ask for a lower number of requests from the request
3210          * pool, before the busy weight-raised queues get served
3211          * again. This often mitigates starvation problems in the
3212          * presence of heavy write workloads and NCQ, thereby
3213          * guaranteeing a higher application and system responsiveness
3214          * in these hostile scenarios.
3215          */
3216         idling_boosts_thr_without_issues = idling_boosts_thr &&
3217                 bfqd->wr_busy_queues == 0;
3218
3219         /*
3220          * There is then a case where idling must be performed not
3221          * for throughput concerns, but to preserve service
3222          * guarantees.
3223          *
3224          * To introduce this case, we can note that allowing the drive
3225          * to enqueue more than one request at a time, and hence
3226          * delegating de facto final scheduling decisions to the
3227          * drive's internal scheduler, entails loss of control on the
3228          * actual request service order. In particular, the critical
3229          * situation is when requests from different processes happen
3230          * to be present, at the same time, in the internal queue(s)
3231          * of the drive. In such a situation, the drive, by deciding
3232          * the service order of the internally-queued requests, does
3233          * determine also the actual throughput distribution among
3234          * these processes. But the drive typically has no notion or
3235          * concern about per-process throughput distribution, and
3236          * makes its decisions only on a per-request basis. Therefore,
3237          * the service distribution enforced by the drive's internal
3238          * scheduler is likely to coincide with the desired
3239          * device-throughput distribution only in a completely
3240          * symmetric scenario where:
3241          * (i)  each of these processes must get the same throughput as
3242          *      the others;
3243          * (ii) all these processes have the same I/O pattern
3244                 (either sequential or random).
3245          * In fact, in such a scenario, the drive will tend to treat
3246          * the requests of each of these processes in about the same
3247          * way as the requests of the others, and thus to provide
3248          * each of these processes with about the same throughput
3249          * (which is exactly the desired throughput distribution). In
3250          * contrast, in any asymmetric scenario, device idling is
3251          * certainly needed to guarantee that bfqq receives its
3252          * assigned fraction of the device throughput (see [1] for
3253          * details).
3254          *
3255          * We address this issue by controlling, actually, only the
3256          * symmetry sub-condition (i), i.e., provided that
3257          * sub-condition (i) holds, idling is not performed,
3258          * regardless of whether sub-condition (ii) holds. In other
3259          * words, only if sub-condition (i) holds, then idling is
3260          * allowed, and the device tends to be prevented from queueing
3261          * many requests, possibly of several processes. The reason
3262          * for not controlling also sub-condition (ii) is that we
3263          * exploit preemption to preserve guarantees in case of
3264          * symmetric scenarios, even if (ii) does not hold, as
3265          * explained in the next two paragraphs.
3266          *
3267          * Even if a queue, say Q, is expired when it remains idle, Q
3268          * can still preempt the new in-service queue if the next
3269          * request of Q arrives soon (see the comments on
3270          * bfq_bfqq_update_budg_for_activation). If all queues and
3271          * groups have the same weight, this form of preemption,
3272          * combined with the hole-recovery heuristic described in the
3273          * comments on function bfq_bfqq_update_budg_for_activation,
3274          * are enough to preserve a correct bandwidth distribution in
3275          * the mid term, even without idling. In fact, even if not
3276          * idling allows the internal queues of the device to contain
3277          * many requests, and thus to reorder requests, we can rather
3278          * safely assume that the internal scheduler still preserves a
3279          * minimum of mid-term fairness. The motivation for using
3280          * preemption instead of idling is that, by not idling,
3281          * service guarantees are preserved without minimally
3282          * sacrificing throughput. In other words, both a high
3283          * throughput and its desired distribution are obtained.
3284          *
3285          * More precisely, this preemption-based, idleless approach
3286          * provides fairness in terms of IOPS, and not sectors per
3287          * second. This can be seen with a simple example. Suppose
3288          * that there are two queues with the same weight, but that
3289          * the first queue receives requests of 8 sectors, while the
3290          * second queue receives requests of 1024 sectors. In
3291          * addition, suppose that each of the two queues contains at
3292          * most one request at a time, which implies that each queue
3293          * always remains idle after it is served. Finally, after
3294          * remaining idle, each queue receives very quickly a new
3295          * request. It follows that the two queues are served
3296          * alternatively, preempting each other if needed. This
3297          * implies that, although both queues have the same weight,
3298          * the queue with large requests receives a service that is
3299          * 1024/8 times as high as the service received by the other
3300          * queue.
3301          *
3302          * On the other hand, device idling is performed, and thus
3303          * pure sector-domain guarantees are provided, for the
3304          * following queues, which are likely to need stronger
3305          * throughput guarantees: weight-raised queues, and queues
3306          * with a higher weight than other queues. When such queues
3307          * are active, sub-condition (i) is false, which triggers
3308          * device idling.
3309          *
3310          * According to the above considerations, the next variable is
3311          * true (only) if sub-condition (i) holds. To compute the
3312          * value of this variable, we not only use the return value of
3313          * the function bfq_symmetric_scenario(), but also check
3314          * whether bfqq is being weight-raised, because
3315          * bfq_symmetric_scenario() does not take into account also
3316          * weight-raised queues (see comments on
3317          * bfq_weights_tree_add()). In particular, if bfqq is being
3318          * weight-raised, it is important to idle only if there are
3319          * other, non-weight-raised queues that may steal throughput
3320          * to bfqq. Actually, we should be even more precise, and
3321          * differentiate between interactive weight raising and
3322          * soft real-time weight raising.
3323          *
3324          * As a side note, it is worth considering that the above
3325          * device-idling countermeasures may however fail in the
3326          * following unlucky scenario: if idling is (correctly)
3327          * disabled in a time period during which all symmetry
3328          * sub-conditions hold, and hence the device is allowed to
3329          * enqueue many requests, but at some later point in time some
3330          * sub-condition stops to hold, then it may become impossible
3331          * to let requests be served in the desired order until all
3332          * the requests already queued in the device have been served.
3333          */
3334         asymmetric_scenario = (bfqq->wr_coeff > 1 &&
3335                                bfqd->wr_busy_queues < bfqd->busy_queues) ||
3336                 !bfq_symmetric_scenario(bfqd);
3337
3338         /*
3339          * Finally, there is a case where maximizing throughput is the
3340          * best choice even if it may cause unfairness toward
3341          * bfqq. Such a case is when bfqq became active in a burst of
3342          * queue activations. Queues that became active during a large
3343          * burst benefit only from throughput, as discussed in the
3344          * comments on bfq_handle_burst. Thus, if bfqq became active
3345          * in a burst and not idling the device maximizes throughput,
3346          * then the device must no be idled, because not idling the
3347          * device provides bfqq and all other queues in the burst with
3348          * maximum benefit. Combining this and the above case, we can
3349          * now establish when idling is actually needed to preserve
3350          * service guarantees.
3351          */
3352         idling_needed_for_service_guarantees =
3353                 asymmetric_scenario && !bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq);
3354
3355         /*
3356          * We have now all the components we need to compute the
3357          * return value of the function, which is true only if idling
3358          * either boosts the throughput (without issues), or is
3359          * necessary to preserve service guarantees.
3360          */
3361         return idling_boosts_thr_without_issues ||
3362                 idling_needed_for_service_guarantees;
3363 }
3364
3365 /*
3366  * If the in-service queue is empty but the function bfq_bfqq_may_idle
3367  * returns true, then:
3368  * 1) the queue must remain in service and cannot be expired, and
3369  * 2) the device must be idled to wait for the possible arrival of a new
3370  *    request for the queue.
3371  * See the comments on the function bfq_bfqq_may_idle for the reasons
3372  * why performing device idling is the best choice to boost the throughput
3373  * and preserve service guarantees when bfq_bfqq_may_idle itself
3374  * returns true.
3375  */
3376 static bool bfq_bfqq_must_idle(struct bfq_queue *bfqq)
3377 {
3378         return RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) && bfq_bfqq_may_idle(bfqq);
3379 }
3380
3381 /*
3382  * Select a queue for service.  If we have a current queue in service,
3383  * check whether to continue servicing it, or retrieve and set a new one.
3384  */
3385 static struct bfq_queue *bfq_select_queue(struct bfq_data *bfqd)
3386 {
3387         struct bfq_queue *bfqq;
3388         struct request *next_rq;
3389         enum bfqq_expiration reason = BFQQE_BUDGET_TIMEOUT;
3390
3391         bfqq = bfqd->in_service_queue;
3392         if (!bfqq)
3393                 goto new_queue;
3394
3395         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "select_queue: already in-service queue");
3396
3397         if (bfq_may_expire_for_budg_timeout(bfqq) &&
3398             !bfq_bfqq_wait_request(bfqq) &&
3399             !bfq_bfqq_must_idle(bfqq))
3400                 goto expire;
3401
3402 check_queue:
3403         /*
3404          * This loop is rarely executed more than once. Even when it
3405          * happens, it is much more convenient to re-execute this loop
3406          * than to return NULL and trigger a new dispatch to get a
3407          * request served.
3408          */
3409         next_rq = bfqq->next_rq;
3410         /*
3411          * If bfqq has requests queued and it has enough budget left to
3412          * serve them, keep the queue, otherwise expire it.
3413          */
3414         if (next_rq) {
3415                 if (bfq_serv_to_charge(next_rq, bfqq) >
3416                         bfq_bfqq_budget_left(bfqq)) {
3417                         /*
3418                          * Expire the queue for budget exhaustion,
3419                          * which makes sure that the next budget is
3420                          * enough to serve the next request, even if
3421                          * it comes from the fifo expired path.
3422                          */
3423                         reason = BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED;
3424                         goto expire;
3425                 } else {
3426                         /*
3427                          * The idle timer may be pending because we may
3428                          * not disable disk idling even when a new request
3429                          * arrives.
3430                          */
3431                         if (bfq_bfqq_wait_request(bfqq)) {
3432                                 /*
3433                                  * If we get here: 1) at least a new request
3434                                  * has arrived but we have not disabled the
3435                                  * timer because the request was too small,
3436                                  * 2) then the block layer has unplugged
3437                                  * the device, causing the dispatch to be
3438                                  * invoked.
3439                                  *
3440                                  * Since the device is unplugged, now the
3441                                  * requests are probably large enough to
3442                                  * provide a reasonable throughput.
3443                                  * So we disable idling.
3444                                  */
3445                                 bfq_clear_bfqq_wait_request(bfqq);
3446                                 hrtimer_try_to_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
3447                                 bfqg_stats_update_idle_time(bfqq_group(bfqq));
3448                         }
3449                         goto keep_queue;
3450                 }
3451         }
3452
3453         /*
3454          * No requests pending. However, if the in-service queue is idling
3455          * for a new request, or has requests waiting for a completion and
3456          * may idle after their completion, then keep it anyway.
3457          */
3458         if (bfq_bfqq_wait_request(bfqq) ||
3459             (bfqq->dispatched != 0 && bfq_bfqq_may_idle(bfqq))) {
3460                 bfqq = NULL;
3461                 goto keep_queue;
3462         }
3463
3464         reason = BFQQE_NO_MORE_REQUESTS;
3465 expire:
3466         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false, reason);
3467 new_queue:
3468         bfqq = bfq_set_in_service_queue(bfqd);
3469         if (bfqq) {
3470                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "select_queue: checking new queue");
3471                 goto check_queue;
3472         }
3473 keep_queue:
3474         if (bfqq)
3475                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "select_queue: returned this queue");
3476         else
3477                 bfq_log(bfqd, "select_queue: no queue returned");
3478
3479         return bfqq;
3480 }
3481
3482 static void bfq_update_wr_data(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
3483 {
3484         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
3485
3486         if (bfqq->wr_coeff > 1) { /* queue is being weight-raised */
3487                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq,
3488                         "raising period dur %u/%u msec, old coeff %u, w %d(%d)",
3489                         jiffies_to_msecs(jiffies - bfqq->last_wr_start_finish),
3490                         jiffies_to_msecs(bfqq->wr_cur_max_time),
3491                         bfqq->wr_coeff,
3492                         bfqq->entity.weight, bfqq->entity.orig_weight);
3493
3494                 if (entity->prio_changed)
3495                         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "WARN: pending prio change");
3496
3497                 /*
3498                  * If the queue was activated in a burst, or too much
3499                  * time has elapsed from the beginning of this
3500                  * weight-raising period, then end weight raising.
3501                  */
3502                 if (bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq))
3503                         bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
3504                 else if (time_is_before_jiffies(bfqq->last_wr_start_finish +
3505                                                 bfqq->wr_cur_max_time)) {
3506                         if (bfqq->wr_cur_max_time != bfqd->bfq_wr_rt_max_time ||
3507                         time_is_before_jiffies(bfqq->wr_start_at_switch_to_srt +
3508                                                bfq_wr_duration(bfqd)))
3509                                 bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
3510                         else {
3511                                 /* switch back to interactive wr */
3512                                 bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
3513                                 bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
3514                                 bfqq->last_wr_start_finish =
3515                                         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt;
3516                                 bfqq->entity.prio_changed = 1;
3517                         }
3518                 }
3519         }
3520         /*
3521          * To improve latency (for this or other queues), immediately
3522          * update weight both if it must be raised and if it must be
3523          * lowered. Since, entity may be on some active tree here, and
3524          * might have a pending change of its ioprio class, invoke
3525          * next function with the last parameter unset (see the
3526          * comments on the function).
3527          */
3528         if ((entity->weight > entity->orig_weight) != (bfqq->wr_coeff > 1))
3529                 __bfq_entity_update_weight_prio(bfq_entity_service_tree(entity),
3530                                                 entity, false);
3531 }
3532
3533 /*
3534  * Dispatch next request from bfqq.
3535  */
3536 static struct request *bfq_dispatch_rq_from_bfqq(struct bfq_data *bfqd,
3537                                                  struct bfq_queue *bfqq)
3538 {
3539         struct request *rq = bfqq->next_rq;
3540         unsigned long service_to_charge;
3541
3542         service_to_charge = bfq_serv_to_charge(rq, bfqq);
3543
3544         bfq_bfqq_served(bfqq, service_to_charge);
3545
3546         bfq_dispatch_remove(bfqd->queue, rq);
3547
3548         /*
3549          * If weight raising has to terminate for bfqq, then next
3550          * function causes an immediate update of bfqq's weight,
3551          * without waiting for next activation. As a consequence, on
3552          * expiration, bfqq will be timestamped as if has never been
3553          * weight-raised during this service slot, even if it has
3554          * received part or even most of the service as a
3555          * weight-raised queue. This inflates bfqq's timestamps, which
3556          * is beneficial, as bfqq is then more willing to leave the
3557          * device immediately to possible other weight-raised queues.
3558          */
3559         bfq_update_wr_data(bfqd, bfqq);
3560
3561         /*
3562          * Expire bfqq, pretending that its budget expired, if bfqq
3563          * belongs to CLASS_IDLE and other queues are waiting for
3564          * service.
3565          */
3566         if (bfqd->busy_queues > 1 && bfq_class_idle(bfqq))
3567                 goto expire;
3568
3569         return rq;
3570
3571 expire:
3572         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false, BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED);
3573         return rq;
3574 }
3575
3576 static bool bfq_has_work(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
3577 {
3578         struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
3579
3580         /*
3581          * Avoiding lock: a race on bfqd->busy_queues should cause at
3582          * most a call to dispatch for nothing
3583          */
3584         return !list_empty_careful(&bfqd->dispatch) ||
3585                 bfqd->busy_queues > 0;
3586 }
3587
3588 static struct request *__bfq_dispatch_request(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
3589 {
3590         struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
3591         struct request *rq = NULL;
3592         struct bfq_queue *bfqq = NULL;
3593
3594         if (!list_empty(&bfqd->dispatch)) {
3595                 rq = list_first_entry(&bfqd->dispatch, struct request,
3596                                       queuelist);
3597                 list_del_init(&rq->queuelist);
3598
3599                 bfqq = RQ_BFQQ(rq);
3600
3601                 if (bfqq) {
3602                         /*
3603                          * Increment counters here, because this
3604                          * dispatch does not follow the standard
3605                          * dispatch flow (where counters are
3606                          * incremented)
3607                          */
3608                         bfqq->dispatched++;
3609
3610                         goto inc_in_driver_start_rq;
3611                 }
3612
3613                 /*
3614                  * We exploit the put_rq_private hook to decrement
3615                  * rq_in_driver, but put_rq_private will not be
3616                  * invoked on this request. So, to avoid unbalance,
3617                  * just start this request, without incrementing
3618                  * rq_in_driver. As a negative consequence,
3619                  * rq_in_driver is deceptively lower than it should be
3620                  * while this request is in service. This may cause
3621                  * bfq_schedule_dispatch to be invoked uselessly.
3622                  *
3623                  * As for implementing an exact solution, the
3624                  * put_request hook, if defined, is probably invoked
3625                  * also on this request. So, by exploiting this hook,
3626                  * we could 1) increment rq_in_driver here, and 2)
3627                  * decrement it in put_request. Such a solution would
3628                  * let the value of the counter be always accurate,
3629                  * but it would entail using an extra interface
3630                  * function. This cost seems higher than the benefit,
3631                  * being the frequency of non-elevator-private
3632                  * requests very low.
3633                  */
3634                 goto start_rq;
3635         }
3636
3637         bfq_log(bfqd, "dispatch requests: %d busy queues", bfqd->busy_queues);
3638
3639         if (bfqd->busy_queues == 0)
3640                 goto exit;
3641
3642         /*
3643          * Force device to serve one request at a time if
3644          * strict_guarantees is true. Forcing this service scheme is
3645          * currently the ONLY way to guarantee that the request
3646          * service order enforced by the scheduler is respected by a
3647          * queueing device. Otherwise the device is free even to make
3648          * some unlucky request wait for as long as the device
3649          * wishes.
3650          *
3651          * Of course, serving one request at at time may cause loss of
3652          * throughput.
3653          */
3654         if (bfqd->strict_guarantees && bfqd->rq_in_driver > 0)
3655                 goto exit;
3656
3657         bfqq = bfq_select_queue(bfqd);
3658         if (!bfqq)
3659                 goto exit;
3660
3661         rq = bfq_dispatch_rq_from_bfqq(bfqd, bfqq);
3662
3663         if (rq) {
3664 inc_in_driver_start_rq:
3665                 bfqd->rq_in_driver++;
3666 start_rq:
3667                 rq->rq_flags |= RQF_STARTED;
3668         }
3669 exit:
3670         return rq;
3671 }
3672
3673 static struct request *bfq_dispatch_request(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
3674 {
3675         struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
3676         struct request *rq;
3677
3678         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
3679
3680         rq = __bfq_dispatch_request(hctx);
3681         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
3682
3683         return rq;
3684 }
3685
3686 /*
3687  * Task holds one reference to the queue, dropped when task exits.  Each rq
3688  * in-flight on this queue also holds a reference, dropped when rq is freed.
3689  *
3690  * Scheduler lock must be held here. Recall not to use bfqq after calling
3691  * this function on it.
3692  */
3693 void bfq_put_queue(struct bfq_queue *bfqq)
3694 {
3695 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
3696         struct bfq_group *bfqg = bfqq_group(bfqq);
3697 #endif
3698
3699         if (bfqq->bfqd)
3700                 bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "put_queue: %p %d",
3701                              bfqq, bfqq->ref);
3702
3703         bfqq->ref--;
3704         if (bfqq->ref)
3705                 return;
3706
3707         if (bfq_bfqq_sync(bfqq))
3708                 /*
3709                  * The fact that this queue is being destroyed does not
3710                  * invalidate the fact that this queue may have been
3711                  * activated during the current burst. As a consequence,
3712                  * although the queue does not exist anymore, and hence
3713                  * needs to be removed from the burst list if there,
3714                  * the burst size has not to be decremented.
3715                  */
3716                 hlist_del_init(&bfqq->burst_list_node);
3717
3718         kmem_cache_free(bfq_pool, bfqq);
3719 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
3720         bfqg_and_blkg_put(bfqg);
3721 #endif
3722 }
3723
3724 static void bfq_put_cooperator(struct bfq_queue *bfqq)
3725 {
3726         struct bfq_queue *__bfqq, *next;
3727
3728         /*
3729          * If this queue was scheduled to merge with another queue, be
3730          * sure to drop the reference taken on that queue (and others in
3731          * the merge chain). See bfq_setup_merge and bfq_merge_bfqqs.
3732          */
3733         __bfqq = bfqq->new_bfqq;
3734         while (__bfqq) {
3735                 if (__bfqq == bfqq)
3736                         break;
3737                 next = __bfqq->new_bfqq;
3738                 bfq_put_queue(__bfqq);
3739                 __bfqq = next;
3740         }
3741 }
3742
3743 static void bfq_exit_bfqq(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
3744 {
3745         if (bfqq == bfqd->in_service_queue) {
3746                 __bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq);
3747                 bfq_schedule_dispatch(bfqd);
3748         }
3749
3750         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "exit_bfqq: %p, %d", bfqq, bfqq->ref);
3751
3752         bfq_put_cooperator(bfqq);
3753
3754         bfq_put_queue(bfqq); /* release process reference */
3755 }
3756
3757 static void bfq_exit_icq_bfqq(struct bfq_io_cq *bic, bool is_sync)
3758 {
3759         struct bfq_queue *bfqq = bic_to_bfqq(bic, is_sync);
3760         struct bfq_data *bfqd;
3761
3762         if (bfqq)
3763                 bfqd = bfqq->bfqd; /* NULL if scheduler already exited */
3764
3765         if (bfqq && bfqd) {
3766                 unsigned long flags;
3767
3768                 spin_lock_irqsave(&bfqd->lock, flags);
3769                 bfqq->bic = NULL;
3770                 bfq_exit_bfqq(bfqd, bfqq);
3771                 bic_set_bfqq(bic, NULL, is_sync);
3772                 spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
3773         }
3774 }
3775
3776 static void bfq_exit_icq(struct io_cq *icq)
3777 {
3778         struct bfq_io_cq *bic = icq_to_bic(icq);
3779
3780         bfq_exit_icq_bfqq(bic, true);
3781         bfq_exit_icq_bfqq(bic, false);
3782 }
3783
3784 /*
3785  * Update the entity prio values; note that the new values will not
3786  * be used until the next (re)activation.
3787  */
3788 static void
3789 bfq_set_next_ioprio_data(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_io_cq *bic)
3790 {
3791         struct task_struct *tsk = current;
3792         int ioprio_class;
3793         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
3794
3795         if (!bfqd)
3796                 return;
3797
3798         ioprio_class = IOPRIO_PRIO_CLASS(bic->ioprio);
3799         switch (ioprio_class) {
3800         default:
3801                 dev_err(bfqq->bfqd->queue->backing_dev_info->dev,
3802                         "bfq: bad prio class %d\n", ioprio_class);
3803                 /* fall through */
3804         case IOPRIO_CLASS_NONE:
3805                 /*
3806                  * No prio set, inherit CPU scheduling settings.
3807                  */
3808                 bfqq->new_ioprio = task_nice_ioprio(tsk);
3809                 bfqq->new_ioprio_class = task_nice_ioclass(tsk);
3810                 break;
3811         case IOPRIO_CLASS_RT:
3812                 bfqq->new_ioprio = IOPRIO_PRIO_DATA(bic->ioprio);
3813                 bfqq->new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_RT;
3814                 break;
3815         case IOPRIO_CLASS_BE:
3816                 bfqq->new_ioprio = IOPRIO_PRIO_DATA(bic->ioprio);
3817                 bfqq->new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_BE;
3818                 break;
3819         case IOPRIO_CLASS_IDLE:
3820                 bfqq->new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_IDLE;
3821                 bfqq->new_ioprio = 7;
3822                 break;
3823         }
3824
3825         if (bfqq->new_ioprio >= IOPRIO_BE_NR) {
3826                 pr_crit("bfq_set_next_ioprio_data: new_ioprio %d\n",
3827                         bfqq->new_ioprio);
3828                 bfqq->new_ioprio = IOPRIO_BE_NR - 1;
3829         }
3830
3831         bfqq->entity.new_weight = bfq_ioprio_to_weight(bfqq->new_ioprio);
3832         bfqq->entity.prio_changed = 1;
3833 }
3834
3835 static struct bfq_queue *bfq_get_queue(struct bfq_data *bfqd,
3836                                        struct bio *bio, bool is_sync,
3837                                        struct bfq_io_cq *bic);
3838
3839 static void bfq_check_ioprio_change(struct bfq_io_cq *bic, struct bio *bio)
3840 {
3841         struct bfq_data *bfqd = bic_to_bfqd(bic);
3842         struct bfq_queue *bfqq;
3843         int ioprio = bic->icq.ioc->ioprio;
3844
3845         /*
3846          * This condition may trigger on a newly created bic, be sure to
3847          * drop the lock before returning.
3848          */
3849         if (unlikely(!bfqd) || likely(bic->ioprio == ioprio))
3850                 return;
3851
3852         bic->ioprio = ioprio;
3853
3854         bfqq = bic_to_bfqq(bic, false);
3855         if (bfqq) {
3856                 /* release process reference on this queue */
3857                 bfq_put_queue(bfqq);
3858                 bfqq = bfq_get_queue(bfqd, bio, BLK_RW_ASYNC, bic);
3859                 bic_set_bfqq(bic, bfqq, false);
3860         }
3861
3862         bfqq = bic_to_bfqq(bic, true);
3863         if (bfqq)
3864                 bfq_set_next_ioprio_data(bfqq, bic);
3865 }
3866
3867 static void bfq_init_bfqq(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
3868                           struct bfq_io_cq *bic, pid_t pid, int is_sync)
3869 {
3870         RB_CLEAR_NODE(&bfqq->entity.rb_node);
3871         INIT_LIST_HEAD(&bfqq->fifo);
3872         INIT_HLIST_NODE(&bfqq->burst_list_node);
3873
3874         bfqq->ref = 0;
3875         bfqq->bfqd = bfqd;
3876
3877         if (bic)
3878                 bfq_set_next_ioprio_data(bfqq, bic);
3879
3880         if (is_sync) {
3881                 /*
3882                  * No need to mark as has_short_ttime if in
3883                  * idle_class, because no device idling is performed
3884                  * for queues in idle class
3885                  */
3886                 if (!bfq_class_idle(bfqq))
3887                         /* tentatively mark as has_short_ttime */
3888                         bfq_mark_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
3889                 bfq_mark_bfqq_sync(bfqq);
3890                 bfq_mark_bfqq_just_created(bfqq);
3891         } else
3892                 bfq_clear_bfqq_sync(bfqq);
3893
3894         /* set end request to minus infinity from now */
3895         bfqq->ttime.last_end_request = ktime_get_ns() + 1;
3896
3897         bfq_mark_bfqq_IO_bound(bfqq);
3898
3899         bfqq->pid = pid;
3900
3901         /* Tentative initial value to trade off between thr and lat */
3902         bfqq->max_budget = (2 * bfq_max_budget(bfqd)) / 3;
3903         bfqq->budget_timeout = bfq_smallest_from_now();
3904
3905         bfqq->wr_coeff = 1;
3906         bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
3907         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt = bfq_smallest_from_now();
3908         bfqq->split_time = bfq_smallest_from_now();
3909
3910         /*
3911          * Set to the value for which bfqq will not be deemed as
3912          * soft rt when it becomes backlogged.
3913          */
3914         bfqq->soft_rt_next_start = bfq_greatest_from_now();
3915
3916         /* first request is almost certainly seeky */
3917         bfqq->seek_history = 1;
3918 }
3919
3920 static struct bfq_queue **bfq_async_queue_prio(struct bfq_data *bfqd,
3921                                                struct bfq_group *bfqg,
3922                                                int ioprio_class, int ioprio)
3923 {
3924         switch (ioprio_class) {
3925         case IOPRIO_CLASS_RT:
3926                 return &bfqg->async_bfqq[0][ioprio];
3927         case IOPRIO_CLASS_NONE:
3928                 ioprio = IOPRIO_NORM;
3929                 /* fall through */
3930         case IOPRIO_CLASS_BE:
3931                 return &bfqg->async_bfqq[1][ioprio];
3932         case IOPRIO_CLASS_IDLE:
3933                 return &bfqg->async_idle_bfqq;
3934         default:
3935                 return NULL;
3936         }
3937 }
3938
3939 static struct bfq_queue *bfq_get_queue(struct bfq_data *bfqd,
3940                                        struct bio *bio, bool is_sync,
3941                                        struct bfq_io_cq *bic)
3942 {
3943         const int ioprio = IOPRIO_PRIO_DATA(bic->ioprio);
3944         const int ioprio_class = IOPRIO_PRIO_CLASS(bic->ioprio);
3945         struct bfq_queue **async_bfqq = NULL;
3946         struct bfq_queue *bfqq;
3947         struct bfq_group *bfqg;
3948
3949         rcu_read_lock();
3950
3951         bfqg = bfq_find_set_group(bfqd, bio_blkcg(bio));
3952         if (!bfqg) {
3953                 bfqq = &bfqd->oom_bfqq;
3954                 goto out;
3955         }
3956
3957         if (!is_sync) {
3958                 async_bfqq = bfq_async_queue_prio(bfqd, bfqg, ioprio_class,
3959                                                   ioprio);
3960                 bfqq = *async_bfqq;
3961                 if (bfqq)
3962                         goto out;
3963         }
3964
3965         bfqq = kmem_cache_alloc_node(bfq_pool,
3966                                      GFP_NOWAIT | __GFP_ZERO | __GFP_NOWARN,
3967                                      bfqd->queue->node);
3968
3969         if (bfqq) {
3970                 bfq_init_bfqq(bfqd, bfqq, bic, current->pid,
3971                               is_sync);
3972                 bfq_init_entity(&bfqq->entity, bfqg);
3973                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "allocated");
3974         } else {
3975                 bfqq = &bfqd->oom_bfqq;
3976                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "using oom bfqq");
3977                 goto out;
3978         }
3979
3980         /*
3981          * Pin the queue now that it's allocated, scheduler exit will
3982          * prune it.
3983          */
3984         if (async_bfqq) {
3985                 bfqq->ref++; /*
3986                               * Extra group reference, w.r.t. sync
3987                               * queue. This extra reference is removed
3988                               * only if bfqq->bfqg disappears, to
3989                               * guarantee that this queue is not freed
3990                               * until its group goes away.
3991                               */
3992                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "get_queue, bfqq not in async: %p, %d",
3993                              bfqq, bfqq->ref);
3994                 *async_bfqq = bfqq;
3995         }
3996
3997 out:
3998         bfqq->ref++; /* get a process reference to this queue */
3999         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "get_queue, at end: %p, %d", bfqq, bfqq->ref);
4000         rcu_read_unlock();
4001         return bfqq;
4002 }
4003
4004 static void bfq_update_io_thinktime(struct bfq_data *bfqd,
4005                                     struct bfq_queue *bfqq)
4006 {
4007         struct bfq_ttime *ttime = &bfqq->ttime;
4008         u64 elapsed = ktime_get_ns() - bfqq->ttime.last_end_request;
4009
4010         elapsed = min_t(u64, elapsed, 2ULL * bfqd->bfq_slice_idle);
4011
4012         ttime->ttime_samples = (7*bfqq->ttime.ttime_samples + 256) / 8;
4013         ttime->ttime_total = div_u64(7*ttime->ttime_total + 256*elapsed,  8);
4014         ttime->ttime_mean = div64_ul(ttime->ttime_total + 128,
4015                                      ttime->ttime_samples);
4016 }
4017
4018 static void
4019 bfq_update_io_seektime(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
4020                        struct request *rq)
4021 {
4022         bfqq->seek_history <<= 1;
4023         bfqq->seek_history |=
4024                 get_sdist(bfqq->last_request_pos, rq) > BFQQ_SEEK_THR &&
4025                 (!blk_queue_nonrot(bfqd->queue) ||
4026                  blk_rq_sectors(rq) < BFQQ_SECT_THR_NONROT);
4027 }
4028
4029 static void bfq_update_has_short_ttime(struct bfq_data *bfqd,
4030                                        struct bfq_queue *bfqq,
4031                                        struct bfq_io_cq *bic)
4032 {
4033         bool has_short_ttime = true;
4034
4035         /*
4036          * No need to update has_short_ttime if bfqq is async or in
4037          * idle io prio class, or if bfq_slice_idle is zero, because
4038          * no device idling is performed for bfqq in this case.
4039          */
4040         if (!bfq_bfqq_sync(bfqq) || bfq_class_idle(bfqq) ||
4041             bfqd->bfq_slice_idle == 0)
4042                 return;
4043
4044         /* Idle window just restored, statistics are meaningless. */
4045         if (time_is_after_eq_jiffies(bfqq->split_time +
4046                                      bfqd->bfq_wr_min_idle_time))
4047                 return;
4048
4049         /* Think time is infinite if no process is linked to
4050          * bfqq. Otherwise check average think time to
4051          * decide whether to mark as has_short_ttime
4052          */
4053         if (atomic_read(&bic->icq.ioc->active_ref) == 0 ||
4054             (bfq_sample_valid(bfqq->ttime.ttime_samples) &&
4055              bfqq->ttime.ttime_mean > bfqd->bfq_slice_idle))
4056                 has_short_ttime = false;
4057
4058         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "update_has_short_ttime: has_short_ttime %d",
4059                      has_short_ttime);
4060
4061         if (has_short_ttime)
4062                 bfq_mark_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
4063         else
4064                 bfq_clear_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
4065 }
4066
4067 /*
4068  * Called when a new fs request (rq) is added to bfqq.  Check if there's
4069  * something we should do about it.
4070  */
4071 static void bfq_rq_enqueued(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
4072                             struct request *rq)
4073 {
4074         struct bfq_io_cq *bic = RQ_BIC(rq);
4075
4076         if (rq->cmd_flags & REQ_META)
4077                 bfqq->meta_pending++;
4078
4079         bfq_update_io_thinktime(bfqd, bfqq);
4080         bfq_update_has_short_ttime(bfqd, bfqq, bic);
4081         bfq_update_io_seektime(bfqd, bfqq, rq);
4082
4083         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq,
4084                      "rq_enqueued: has_short_ttime=%d (seeky %d)",
4085                      bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq), BFQQ_SEEKY(bfqq));
4086
4087         bfqq->last_request_pos = blk_rq_pos(rq) + blk_rq_sectors(rq);
4088
4089         if (bfqq == bfqd->in_service_queue && bfq_bfqq_wait_request(bfqq)) {
4090                 bool small_req = bfqq->queued[rq_is_sync(rq)] == 1 &&
4091                                  blk_rq_sectors(rq) < 32;
4092                 bool budget_timeout = bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq);
4093
4094                 /*
4095                  * There is just this request queued: if the request
4096                  * is small and the queue is not to be expired, then
4097                  * just exit.
4098                  *
4099                  * In this way, if the device is being idled to wait
4100                  * for a new request from the in-service queue, we
4101                  * avoid unplugging the device and committing the
4102                  * device to serve just a small request. On the
4103                  * contrary, we wait for the block layer to decide
4104                  * when to unplug the device: hopefully, new requests
4105                  * will be merged to this one quickly, then the device
4106                  * will be unplugged and larger requests will be
4107                  * dispatched.
4108                  */
4109                 if (small_req && !budget_timeout)
4110                         return;
4111
4112                 /*
4113                  * A large enough request arrived, or the queue is to
4114                  * be expired: in both cases disk idling is to be
4115                  * stopped, so clear wait_request flag and reset
4116                  * timer.
4117                  */
4118                 bfq_clear_bfqq_wait_request(bfqq);
4119                 hrtimer_try_to_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
4120                 bfqg_stats_update_idle_time(bfqq_group(bfqq));
4121
4122                 /*
4123                  * The queue is not empty, because a new request just
4124                  * arrived. Hence we can safely expire the queue, in
4125                  * case of budget timeout, without risking that the
4126                  * timestamps of the queue are not updated correctly.
4127                  * See [1] for more details.
4128                  */
4129                 if (budget_timeout)
4130                         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false,
4131                                         BFQQE_BUDGET_TIMEOUT);
4132         }
4133 }
4134
4135 static void __bfq_insert_request(struct bfq_data *bfqd, struct request *rq)
4136 {
4137         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq),
4138                 *new_bfqq = bfq_setup_cooperator(bfqd, bfqq, rq, true);
4139
4140         if (new_bfqq) {
4141                 if (bic_to_bfqq(RQ_BIC(rq), 1) != bfqq)
4142                         new_bfqq = bic_to_bfqq(RQ_BIC(rq), 1);
4143                 /*
4144                  * Release the request's reference to the old bfqq
4145                  * and make sure one is taken to the shared queue.
4146                  */
4147                 new_bfqq->allocated++;
4148                 bfqq->allocated--;
4149                 new_bfqq->ref++;
4150                 bfq_clear_bfqq_just_created(bfqq);
4151                 /*
4152                  * If the bic associated with the process
4153                  * issuing this request still points to bfqq
4154                  * (and thus has not been already redirected
4155                  * to new_bfqq or even some other bfq_queue),
4156                  * then complete the merge and redirect it to
4157                  * new_bfqq.
4158                  */
4159                 if (bic_to_bfqq(RQ_BIC(rq), 1) == bfqq)
4160                         bfq_merge_bfqqs(bfqd, RQ_BIC(rq),
4161                                         bfqq, new_bfqq);
4162                 /*
4163                  * rq is about to be enqueued into new_bfqq,
4164                  * release rq reference on bfqq
4165                  */
4166                 bfq_put_queue(bfqq);
4167                 rq->elv.priv[1] = new_bfqq;
4168                 bfqq = new_bfqq;
4169         }
4170
4171         bfq_add_request(rq);
4172
4173         rq->fifo_time = ktime_get_ns() + bfqd->bfq_fifo_expire[rq_is_sync(rq)];
4174         list_add_tail(&rq->queuelist, &bfqq->fifo);
4175
4176         bfq_rq_enqueued(bfqd, bfqq, rq);
4177 }
4178
4179 static void bfq_insert_request(struct blk_mq_hw_ctx *hctx, struct request *rq,
4180                                bool at_head)
4181 {
4182         struct request_queue *q = hctx->queue;
4183         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
4184
4185         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
4186         if (blk_mq_sched_try_insert_merge(q, rq)) {
4187                 spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
4188                 return;
4189         }
4190
4191         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
4192
4193         blk_mq_sched_request_inserted(rq);
4194
4195         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
4196         if (at_head || blk_rq_is_passthrough(rq)) {
4197                 if (at_head)
4198                         list_add(&rq->queuelist, &bfqd->dispatch);
4199                 else
4200                         list_add_tail(&rq->queuelist, &bfqd->dispatch);
4201         } else {
4202                 __bfq_insert_request(bfqd, rq);
4203
4204                 if (rq_mergeable(rq)) {
4205                         elv_rqhash_add(q, rq);
4206                         if (!q->last_merge)
4207                                 q->last_merge = rq;
4208                 }
4209         }
4210
4211         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
4212 }
4213
4214 static void bfq_insert_requests(struct blk_mq_hw_ctx *hctx,
4215                                 struct list_head *list, bool at_head)
4216 {
4217         while (!list_empty(list)) {
4218                 struct request *rq;
4219
4220                 rq = list_first_entry(list, struct request, queuelist);
4221                 list_del_init(&rq->queuelist);
4222                 bfq_insert_request(hctx, rq, at_head);
4223         }
4224 }
4225
4226 static void bfq_update_hw_tag(struct bfq_data *bfqd)
4227 {
4228         bfqd->max_rq_in_driver = max_t(int, bfqd->max_rq_in_driver,
4229                                        bfqd->rq_in_driver);
4230
4231         if (bfqd->hw_tag == 1)
4232                 return;
4233
4234         /*
4235          * This sample is valid if the number of outstanding requests
4236          * is large enough to allow a queueing behavior.  Note that the
4237          * sum is not exact, as it's not taking into account deactivated
4238          * requests.
4239          */
4240         if (bfqd->rq_in_driver + bfqd->queued < BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD)
4241                 return;
4242
4243         if (bfqd->hw_tag_samples++ < BFQ_HW_QUEUE_SAMPLES)
4244                 return;
4245
4246         bfqd->hw_tag = bfqd->max_rq_in_driver > BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD;
4247         bfqd->max_rq_in_driver = 0;
4248         bfqd->hw_tag_samples = 0;
4249 }
4250
4251 static void bfq_completed_request(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_data *bfqd)
4252 {
4253         u64 now_ns;
4254         u32 delta_us;
4255
4256         bfq_update_hw_tag(bfqd);
4257
4258         bfqd->rq_in_driver--;
4259         bfqq->dispatched--;
4260
4261         if (!bfqq->dispatched && !bfq_bfqq_busy(bfqq)) {
4262                 /*
4263                  * Set budget_timeout (which we overload to store the
4264                  * time at which the queue remains with no backlog and
4265                  * no outstanding request; used by the weight-raising
4266                  * mechanism).
4267                  */
4268                 bfqq->budget_timeout = jiffies;
4269
4270                 bfq_weights_tree_remove(bfqd, &bfqq->entity,
4271                                         &bfqd->queue_weights_tree);
4272         }
4273
4274         now_ns = ktime_get_ns();
4275
4276         bfqq->ttime.last_end_request = now_ns;
4277
4278         /*
4279          * Using us instead of ns, to get a reasonable precision in
4280          * computing rate in next check.
4281          */
4282         delta_us = div_u64(now_ns - bfqd->last_completion, NSEC_PER_USEC);
4283
4284         /*
4285          * If the request took rather long to complete, and, according
4286          * to the maximum request size recorded, this completion latency
4287          * implies that the request was certainly served at a very low
4288          * rate (less than 1M sectors/sec), then the whole observation
4289          * interval that lasts up to this time instant cannot be a
4290          * valid time interval for computing a new peak rate.  Invoke
4291          * bfq_update_rate_reset to have the following three steps
4292          * taken:
4293          * - close the observation interval at the last (previous)
4294          *   request dispatch or completion
4295          * - compute rate, if possible, for that observation interval
4296          * - reset to zero samples, which will trigger a proper
4297          *   re-initialization of the observation interval on next
4298          *   dispatch
4299          */
4300         if (delta_us > BFQ_MIN_TT/NSEC_PER_USEC &&
4301            (bfqd->last_rq_max_size<<BFQ_RATE_SHIFT)/delta_us <
4302                         1UL<<(BFQ_RATE_SHIFT - 10))
4303                 bfq_update_rate_reset(bfqd, NULL);
4304         bfqd->last_completion = now_ns;
4305
4306         /*
4307          * If we are waiting to discover whether the request pattern
4308          * of the task associated with the queue is actually
4309          * isochronous, and both requisites for this condition to hold
4310          * are now satisfied, then compute soft_rt_next_start (see the
4311          * comments on the function bfq_bfqq_softrt_next_start()). We
4312          * schedule this delayed check when bfqq expires, if it still
4313          * has in-flight requests.
4314          */
4315         if (bfq_bfqq_softrt_update(bfqq) && bfqq->dispatched == 0 &&
4316             RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list))
4317                 bfqq->soft_rt_next_start =
4318                         bfq_bfqq_softrt_next_start(bfqd, bfqq);
4319
4320         /*
4321          * If this is the in-service queue, check if it needs to be expired,
4322          * or if we want to idle in case it has no pending requests.
4323          */
4324         if (bfqd->in_service_queue == bfqq) {
4325                 if (bfqq->dispatched == 0 && bfq_bfqq_must_idle(bfqq)) {
4326                         bfq_arm_slice_timer(bfqd);
4327                         return;
4328                 } else if (bfq_may_expire_for_budg_timeout(bfqq))
4329                         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false,
4330                                         BFQQE_BUDGET_TIMEOUT);
4331                 else if (RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) &&
4332                          (bfqq->dispatched == 0 ||
4333                           !bfq_bfqq_may_idle(bfqq)))
4334                         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false,
4335                                         BFQQE_NO_MORE_REQUESTS);
4336         }
4337
4338         if (!bfqd->rq_in_driver)
4339                 bfq_schedule_dispatch(bfqd);
4340 }
4341
4342 static void bfq_put_rq_priv_body(struct bfq_queue *bfqq)
4343 {
4344         bfqq->allocated--;
4345
4346         bfq_put_queue(bfqq);
4347 }
4348
4349 static void bfq_finish_request(struct request *rq)
4350 {
4351         struct bfq_queue *bfqq;
4352         struct bfq_data *bfqd;
4353
4354         if (!rq->elv.icq)
4355                 return;
4356
4357         bfqq = RQ_BFQQ(rq);
4358         bfqd = bfqq->bfqd;
4359
4360         if (rq->rq_flags & RQF_STARTED)
4361                 bfqg_stats_update_completion(bfqq_group(bfqq),
4362                                              rq_start_time_ns(rq),
4363                                              rq_io_start_time_ns(rq),
4364                                              rq->cmd_flags);
4365
4366         if (likely(rq->rq_flags & RQF_STARTED)) {
4367                 unsigned long flags;
4368
4369                 spin_lock_irqsave(&bfqd->lock, flags);
4370
4371                 bfq_completed_request(bfqq, bfqd);
4372                 bfq_put_rq_priv_body(bfqq);
4373
4374                 spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
4375         } else {
4376                 /*
4377                  * Request rq may be still/already in the scheduler,
4378                  * in which case we need to remove it. And we cannot
4379                  * defer such a check and removal, to avoid
4380                  * inconsistencies in the time interval from the end
4381                  * of this function to the start of the deferred work.
4382                  * This situation seems to occur only in process
4383                  * context, as a consequence of a merge. In the
4384                  * current version of the code, this implies that the
4385                  * lock is held.
4386                  */
4387
4388                 if (!RB_EMPTY_NODE(&rq->rb_node))
4389                         bfq_remove_request(rq->q, rq);
4390                 bfq_put_rq_priv_body(bfqq);
4391         }
4392
4393         rq->elv.priv[0] = NULL;
4394         rq->elv.priv[1] = NULL;
4395 }
4396
4397 /*
4398  * Returns NULL if a new bfqq should be allocated, or the old bfqq if this
4399  * was the last process referring to that bfqq.
4400  */
4401 static struct bfq_queue *
4402 bfq_split_bfqq(struct bfq_io_cq *bic, struct bfq_queue *bfqq)
4403 {
4404         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "splitting queue");
4405
4406         if (bfqq_process_refs(bfqq) == 1) {
4407                 bfqq->pid = current->pid;
4408                 bfq_clear_bfqq_coop(bfqq);
4409                 bfq_clear_bfqq_split_coop(bfqq);
4410                 return bfqq;
4411         }
4412
4413         bic_set_bfqq(bic, NULL, 1);
4414
4415         bfq_put_cooperator(bfqq);
4416
4417         bfq_put_queue(bfqq);
4418         return NULL;
4419 }
4420
4421 static struct bfq_queue *bfq_get_bfqq_handle_split(struct bfq_data *bfqd,
4422                                                    struct bfq_io_cq *bic,
4423                                                    struct bio *bio,
4424                                                    bool split, bool is_sync,
4425                                                    bool *new_queue)
4426 {
4427         struct bfq_queue *bfqq = bic_to_bfqq(bic, is_sync);
4428
4429         if (likely(bfqq && bfqq != &bfqd->oom_bfqq))
4430                 return bfqq;
4431
4432         if (new_queue)
4433                 *new_queue = true;
4434
4435         if (bfqq)
4436                 bfq_put_queue(bfqq);
4437         bfqq = bfq_get_queue(bfqd, bio, is_sync, bic);
4438
4439         bic_set_bfqq(bic, bfqq, is_sync);
4440         if (split && is_sync) {
4441                 if ((bic->was_in_burst_list && bfqd->large_burst) ||
4442                     bic->saved_in_large_burst)
4443                         bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq);
4444                 else {
4445                         bfq_clear_bfqq_in_large_burst(bfqq);
4446                         if (bic->was_in_burst_list)
4447                                 hlist_add_head(&bfqq->burst_list_node,
4448                                                &bfqd->burst_list);
4449                 }
4450                 bfqq->split_time = jiffies;
4451         }
4452
4453         return bfqq;
4454 }
4455
4456 /*
4457  * Allocate bfq data structures associated with this request.
4458  */
4459 static void bfq_prepare_request(struct request *rq, struct bio *bio)
4460 {
4461         struct request_queue *q = rq->q;
4462         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
4463         struct bfq_io_cq *bic;
4464         const int is_sync = rq_is_sync(rq);
4465         struct bfq_queue *bfqq;
4466         bool new_queue = false;
4467         bool bfqq_already_existing = false, split = false;
4468
4469         /*
4470          * Even if we don't have an icq attached, we should still clear
4471          * the scheduler pointers, as they might point to previously
4472          * allocated bic/bfqq structs.
4473          */
4474         if (!rq->elv.icq) {
4475                 rq->elv.priv[0] = rq->elv.priv[1] = NULL;
4476                 return;
4477         }
4478
4479         bic = icq_to_bic(rq->elv.icq);
4480
4481         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
4482
4483         bfq_check_ioprio_change(bic, bio);
4484
4485         bfq_bic_update_cgroup(bic, bio);
4486
4487         bfqq = bfq_get_bfqq_handle_split(bfqd, bic, bio, false, is_sync,
4488                                          &new_queue);
4489
4490         if (likely(!new_queue)) {
4491                 /* If the queue was seeky for too long, break it apart. */
4492                 if (bfq_bfqq_coop(bfqq) && bfq_bfqq_split_coop(bfqq)) {
4493                         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "breaking apart bfqq");
4494
4495                         /* Update bic before losing reference to bfqq */
4496                         if (bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq))
4497                                 bic->saved_in_large_burst = true;
4498
4499                         bfqq = bfq_split_bfqq(bic, bfqq);
4500                         split = true;
4501
4502                         if (!bfqq)
4503                                 bfqq = bfq_get_bfqq_handle_split(bfqd, bic, bio,
4504                                                                  true, is_sync,
4505                                                                  NULL);
4506                         else
4507                                 bfqq_already_existing = true;
4508                 }
4509         }
4510
4511         bfqq->allocated++;
4512         bfqq->ref++;
4513         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "get_request %p: bfqq %p, %d",
4514                      rq, bfqq, bfqq->ref);
4515
4516         rq->elv.priv[0] = bic;
4517         rq->elv.priv[1] = bfqq;
4518
4519         /*
4520          * If a bfq_queue has only one process reference, it is owned
4521          * by only this bic: we can then set bfqq->bic = bic. in
4522          * addition, if the queue has also just been split, we have to
4523          * resume its state.
4524          */
4525         if (likely(bfqq != &bfqd->oom_bfqq) && bfqq_process_refs(bfqq) == 1) {
4526                 bfqq->bic = bic;
4527                 if (split) {
4528                         /*
4529                          * The queue has just been split from a shared
4530                          * queue: restore the idle window and the
4531                          * possible weight raising period.
4532                          */
4533                         bfq_bfqq_resume_state(bfqq, bfqd, bic,
4534                                               bfqq_already_existing);
4535                 }
4536         }
4537
4538         if (unlikely(bfq_bfqq_just_created(bfqq)))
4539                 bfq_handle_burst(bfqd, bfqq);
4540
4541         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
4542 }
4543
4544 static void
4545 bfq_idle_slice_timer_body(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
4546 {
4547         enum bfqq_expiration reason;
4548         unsigned long flags;
4549
4550         spin_lock_irqsave(&bfqd->lock, flags);
4551
4552         /*
4553          * Considering that bfqq may be in race, we should firstly check
4554          * whether bfqq is in service before doing something on it. If
4555          * the bfqq in race is not in service, it has already been expired
4556          * through __bfq_bfqq_expire func and its wait_request flags has
4557          * been cleared in __bfq_bfqd_reset_in_service func.
4558          */
4559         if (bfqq != bfqd->in_service_queue) {
4560                 spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
4561                 return;
4562         }
4563
4564         bfq_clear_bfqq_wait_request(bfqq);
4565
4566         if (bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq))
4567                 /*
4568                  * Also here the queue can be safely expired
4569                  * for budget timeout without wasting
4570                  * guarantees
4571                  */
4572                 reason = BFQQE_BUDGET_TIMEOUT;
4573         else if (bfqq->queued[0] == 0 && bfqq->queued[1] == 0)
4574                 /*
4575                  * The queue may not be empty upon timer expiration,
4576                  * because we may not disable the timer when the
4577                  * first request of the in-service queue arrives
4578                  * during disk idling.
4579                  */
4580                 reason = BFQQE_TOO_IDLE;
4581         else
4582                 goto schedule_dispatch;
4583
4584         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, true, reason);
4585
4586 schedule_dispatch:
4587         spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
4588         bfq_schedule_dispatch(bfqd);
4589 }
4590
4591 /*
4592  * Handler of the expiration of the timer running if the in-service queue
4593  * is idling inside its time slice.
4594  */
4595 static enum hrtimer_restart bfq_idle_slice_timer(struct hrtimer *timer)
4596 {
4597         struct bfq_data *bfqd = container_of(timer, struct bfq_data,
4598                                              idle_slice_timer);
4599         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->in_service_queue;
4600
4601         /*
4602          * Theoretical race here: the in-service queue can be NULL or
4603          * different from the queue that was idling if a new request
4604          * arrives for the current queue and there is a full dispatch
4605          * cycle that changes the in-service queue.  This can hardly
4606          * happen, but in the worst case we just expire a queue too
4607          * early.
4608          */
4609         if (bfqq)
4610                 bfq_idle_slice_timer_body(bfqd, bfqq);
4611
4612         return HRTIMER_NORESTART;
4613 }
4614
4615 static void __bfq_put_async_bfqq(struct bfq_data *bfqd,
4616                                  struct bfq_queue **bfqq_ptr)
4617 {
4618         struct bfq_queue *bfqq = *bfqq_ptr;
4619
4620         bfq_log(bfqd, "put_async_bfqq: %p", bfqq);
4621         if (bfqq) {
4622                 bfq_bfqq_move(bfqd, bfqq, bfqd->root_group);
4623
4624                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "put_async_bfqq: putting %p, %d",
4625                              bfqq, bfqq->ref);
4626                 bfq_put_queue(bfqq);
4627                 *bfqq_ptr = NULL;
4628         }
4629 }
4630
4631 /*
4632  * Release all the bfqg references to its async queues.  If we are
4633  * deallocating the group these queues may still contain requests, so
4634  * we reparent them to the root cgroup (i.e., the only one that will
4635  * exist for sure until all the requests on a device are gone).
4636  */
4637 void bfq_put_async_queues(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_group *bfqg)
4638 {
4639         int i, j;
4640
4641         for (i = 0; i < 2; i++)
4642                 for (j = 0; j < IOPRIO_BE_NR; j++)
4643                         __bfq_put_async_bfqq(bfqd, &bfqg->async_bfqq[i][j]);
4644
4645         __bfq_put_async_bfqq(bfqd, &bfqg->async_idle_bfqq);
4646 }
4647
4648 static void bfq_exit_queue(struct elevator_queue *e)
4649 {
4650         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
4651         struct bfq_queue *bfqq, *n;
4652
4653         hrtimer_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
4654
4655         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
4656         list_for_each_entry_safe(bfqq, n, &bfqd->idle_list, bfqq_list)
4657                 bfq_deactivate_bfqq(bfqd, bfqq, false, false);
4658         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
4659
4660         hrtimer_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
4661
4662 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
4663         blkcg_deactivate_policy(bfqd->queue, &blkcg_policy_bfq);
4664 #else
4665         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
4666         bfq_put_async_queues(bfqd, bfqd->root_group);
4667         kfree(bfqd->root_group);
4668         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
4669 #endif
4670
4671         kfree(bfqd);
4672 }
4673
4674 static void bfq_init_root_group(struct bfq_group *root_group,
4675                                 struct bfq_data *bfqd)
4676 {
4677         int i;
4678
4679 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
4680         root_group->entity.parent = NULL;
4681         root_group->my_entity = NULL;
4682         root_group->bfqd = bfqd;
4683 #endif
4684         root_group->rq_pos_tree = RB_ROOT;
4685         for (i = 0; i < BFQ_IOPRIO_CLASSES; i++)
4686                 root_group->sched_data.service_tree[i] = BFQ_SERVICE_TREE_INIT;
4687         root_group->sched_data.bfq_class_idle_last_service = jiffies;
4688 }
4689
4690 static int bfq_init_queue(struct request_queue *q, struct elevator_type *e)
4691 {
4692         struct bfq_data *bfqd;
4693         struct elevator_queue *eq;
4694
4695         eq = elevator_alloc(q, e);
4696         if (!eq)
4697                 return -ENOMEM;
4698
4699         bfqd = kzalloc_node(sizeof(*bfqd), GFP_KERNEL, q->node);
4700         if (!bfqd) {
4701                 kobject_put(&eq->kobj);
4702                 return -ENOMEM;
4703         }
4704         eq->elevator_data = bfqd;
4705
4706         spin_lock_irq(q->queue_lock);
4707         q->elevator = eq;
4708         spin_unlock_irq(q->queue_lock);
4709
4710         /*
4711          * Our fallback bfqq if bfq_find_alloc_queue() runs into OOM issues.
4712          * Grab a permanent reference to it, so that the normal code flow
4713          * will not attempt to free it.
4714          */
4715         bfq_init_bfqq(bfqd, &bfqd->oom_bfqq, NULL, 1, 0);
4716         bfqd->oom_bfqq.ref++;
4717         bfqd->oom_bfqq.new_ioprio = BFQ_DEFAULT_QUEUE_IOPRIO;
4718         bfqd->oom_bfqq.new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_BE;
4719         bfqd->oom_bfqq.entity.new_weight =
4720                 bfq_ioprio_to_weight(bfqd->oom_bfqq.new_ioprio);
4721
4722         /* oom_bfqq does not participate to bursts */
4723         bfq_clear_bfqq_just_created(&bfqd->oom_bfqq);
4724
4725         /*
4726          * Trigger weight initialization, according to ioprio, at the
4727          * oom_bfqq's first activation. The oom_bfqq's ioprio and ioprio
4728          * class won't be changed any more.
4729          */
4730         bfqd->oom_bfqq.entity.prio_changed = 1;
4731
4732         bfqd->queue = q;
4733
4734         INIT_LIST_HEAD(&bfqd->dispatch);
4735
4736         hrtimer_init(&bfqd->idle_slice_timer, CLOCK_MONOTONIC,
4737                      HRTIMER_MODE_REL);
4738         bfqd->idle_slice_timer.function = bfq_idle_slice_timer;
4739
4740         bfqd->queue_weights_tree = RB_ROOT;
4741         bfqd->group_weights_tree = RB_ROOT;
4742
4743         INIT_LIST_HEAD(&bfqd->active_list);
4744         INIT_LIST_HEAD(&bfqd->idle_list);
4745         INIT_HLIST_HEAD(&bfqd->burst_list);
4746
4747         bfqd->hw_tag = -1;
4748
4749         bfqd->bfq_max_budget = bfq_default_max_budget;
4750
4751         bfqd->bfq_fifo_expire[0] = bfq_fifo_expire[0];
4752         bfqd->bfq_fifo_expire[1] = bfq_fifo_expire[1];
4753         bfqd->bfq_back_max = bfq_back_max;
4754         bfqd->bfq_back_penalty = bfq_back_penalty;
4755         bfqd->bfq_slice_idle = bfq_slice_idle;
4756         bfqd->bfq_timeout = bfq_timeout;
4757
4758         bfqd->bfq_requests_within_timer = 120;
4759
4760         bfqd->bfq_large_burst_thresh = 8;
4761         bfqd->bfq_burst_interval = msecs_to_jiffies(180);
4762
4763         bfqd->low_latency = true;
4764
4765         /*
4766          * Trade-off between responsiveness and fairness.
4767          */
4768         bfqd->bfq_wr_coeff = 30;
4769         bfqd->bfq_wr_rt_max_time = msecs_to_jiffies(300);
4770         bfqd->bfq_wr_max_time = 0;
4771         bfqd->bfq_wr_min_idle_time = msecs_to_jiffies(2000);
4772         bfqd->bfq_wr_min_inter_arr_async = msecs_to_jiffies(500);
4773         bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate = 7000; /*
4774                                               * Approximate rate required
4775                                               * to playback or record a
4776                                               * high-definition compressed
4777                                               * video.
4778                                               */
4779         bfqd->wr_busy_queues = 0;
4780
4781         /*
4782          * Begin by assuming, optimistically, that the device is a
4783          * high-speed one, and that its peak rate is equal to 2/3 of
4784          * the highest reference rate.
4785          */
4786         bfqd->RT_prod = R_fast[blk_queue_nonrot(bfqd->queue)] *
4787                         T_fast[blk_queue_nonrot(bfqd->queue)];
4788         bfqd->peak_rate = R_fast[blk_queue_nonrot(bfqd->queue)] * 2 / 3;
4789         bfqd->device_speed = BFQ_BFQD_FAST;
4790
4791         spin_lock_init(&bfqd->lock);
4792
4793         /*
4794          * The invocation of the next bfq_create_group_hierarchy
4795          * function is the head of a chain of function calls
4796          * (bfq_create_group_hierarchy->blkcg_activate_policy->
4797          * blk_mq_freeze_queue) that may lead to the invocation of the
4798          * has_work hook function. For this reason,
4799          * bfq_create_group_hierarchy is invoked only after all
4800          * scheduler data has been initialized, apart from the fields
4801          * that can be initialized only after invoking
4802          * bfq_create_group_hierarchy. This, in particular, enables
4803          * has_work to correctly return false. Of course, to avoid
4804          * other inconsistencies, the blk-mq stack must then refrain
4805          * from invoking further scheduler hooks before this init
4806          * function is finished.
4807          */
4808         bfqd->root_group = bfq_create_group_hierarchy(bfqd, q->node);
4809         if (!bfqd->root_group)
4810                 goto out_free;
4811         bfq_init_root_group(bfqd->root_group, bfqd);
4812         bfq_init_entity(&bfqd->oom_bfqq.entity, bfqd->root_group);
4813
4814         wbt_disable_default(q);
4815         return 0;
4816
4817 out_free:
4818         kfree(bfqd);
4819         kobject_put(&eq->kobj);
4820         return -ENOMEM;
4821 }
4822
4823 static void bfq_slab_kill(void)
4824 {
4825         kmem_cache_destroy(bfq_pool);
4826 }
4827
4828 static int __init bfq_slab_setup(void)
4829 {
4830         bfq_pool = KMEM_CACHE(bfq_queue, 0);
4831         if (!bfq_pool)
4832                 return -ENOMEM;
4833         return 0;
4834 }
4835
4836 static ssize_t bfq_var_show(unsigned int var, char *page)
4837 {
4838         return sprintf(page, "%u\n", var);
4839 }
4840
4841 static int bfq_var_store(unsigned long *var, const char *page)
4842 {
4843         unsigned long new_val;
4844         int ret = kstrtoul(page, 10, &new_val);
4845
4846         if (ret)
4847                 return ret;
4848         *var = new_val;
4849         return 0;
4850 }
4851
4852 #define SHOW_FUNCTION(__FUNC, __VAR, __CONV)                            \
4853 static ssize_t __FUNC(struct elevator_queue *e, char *page)             \
4854 {                                                                       \
4855         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
4856         u64 __data = __VAR;                                             \
4857         if (__CONV == 1)                                                \
4858                 __data = jiffies_to_msecs(__data);                      \
4859         else if (__CONV == 2)                                           \
4860                 __data = div_u64(__data, NSEC_PER_MSEC);                \
4861         return bfq_var_show(__data, (page));                            \
4862 }
4863 SHOW_FUNCTION(bfq_fifo_expire_sync_show, bfqd->bfq_fifo_expire[1], 2);
4864 SHOW_FUNCTION(bfq_fifo_expire_async_show, bfqd->bfq_fifo_expire[0], 2);
4865 SHOW_FUNCTION(bfq_back_seek_max_show, bfqd->bfq_back_max, 0);
4866 SHOW_FUNCTION(bfq_back_seek_penalty_show, bfqd->bfq_back_penalty, 0);
4867 SHOW_FUNCTION(bfq_slice_idle_show, bfqd->bfq_slice_idle, 2);
4868 SHOW_FUNCTION(bfq_max_budget_show, bfqd->bfq_user_max_budget, 0);
4869 SHOW_FUNCTION(bfq_timeout_sync_show, bfqd->bfq_timeout, 1);
4870 SHOW_FUNCTION(bfq_strict_guarantees_show, bfqd->strict_guarantees, 0);
4871 SHOW_FUNCTION(bfq_low_latency_show, bfqd->low_latency, 0);
4872 #undef SHOW_FUNCTION
4873
4874 #define USEC_SHOW_FUNCTION(__FUNC, __VAR)                               \
4875 static ssize_t __FUNC(struct elevator_queue *e, char *page)             \
4876 {                                                                       \
4877         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
4878         u64 __data = __VAR;                                             \
4879         __data = div_u64(__data, NSEC_PER_USEC);                        \
4880         return bfq_var_show(__data, (page));                            \
4881 }
4882 USEC_SHOW_FUNCTION(bfq_slice_idle_us_show, bfqd->bfq_slice_idle);
4883 #undef USEC_SHOW_FUNCTION
4884
4885 #define STORE_FUNCTION(__FUNC, __PTR, MIN, MAX, __CONV)                 \
4886 static ssize_t                                                          \
4887 __FUNC(struct elevator_queue *e, const char *page, size_t count)        \
4888 {                                                                       \
4889         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
4890         unsigned long __data, __min = (MIN), __max = (MAX);             \
4891         int ret;                                                        \
4892                                                                         \
4893         ret = bfq_var_store(&__data, (page));                           \
4894         if (ret)                                                        \
4895                 return ret;                                             \
4896         if (__data < __min)                                             \
4897                 __data = __min;                                         \
4898         else if (__data > __max)                                        \
4899                 __data = __max;                                         \
4900         if (__CONV == 1)                                                \
4901                 *(__PTR) = msecs_to_jiffies(__data);                    \
4902         else if (__CONV == 2)                                           \
4903                 *(__PTR) = (u64)__data * NSEC_PER_MSEC;                 \
4904         else                                                            \
4905                 *(__PTR) = __data;                                      \
4906         return count;                                                   \
4907 }
4908 STORE_FUNCTION(bfq_fifo_expire_sync_store, &bfqd->bfq_fifo_expire[1], 1,
4909                 INT_MAX, 2);
4910 STORE_FUNCTION(bfq_fifo_expire_async_store, &bfqd->bfq_fifo_expire[0], 1,
4911                 INT_MAX, 2);
4912 STORE_FUNCTION(bfq_back_seek_max_store, &bfqd->bfq_back_max, 0, INT_MAX, 0);
4913 STORE_FUNCTION(bfq_back_seek_penalty_store, &bfqd->bfq_back_penalty, 1,
4914                 INT_MAX, 0);
4915 STORE_FUNCTION(bfq_slice_idle_store, &bfqd->bfq_slice_idle, 0, INT_MAX, 2);
4916 #undef STORE_FUNCTION
4917
4918 #define USEC_STORE_FUNCTION(__FUNC, __PTR, MIN, MAX)                    \
4919 static ssize_t __FUNC(struct elevator_queue *e, const char *page, size_t count)\
4920 {                                                                       \
4921         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
4922         unsigned long __data, __min = (MIN), __max = (MAX);             \
4923         int ret;                                                        \
4924                                                                         \
4925         ret = bfq_var_store(&__data, (page));                           \
4926         if (ret)                                                        \
4927                 return ret;                                             \
4928         if (__data < __min)                                             \
4929                 __data = __min;                                         \
4930         else if (__data > __max)                                        \
4931                 __data = __max;                                         \
4932         *(__PTR) = (u64)__data * NSEC_PER_USEC;                         \
4933         return count;                                                   \
4934 }
4935 USEC_STORE_FUNCTION(bfq_slice_idle_us_store, &bfqd->bfq_slice_idle, 0,
4936                     UINT_MAX);
4937 #undef USEC_STORE_FUNCTION
4938
4939 static ssize_t bfq_max_budget_store(struct elevator_queue *e,
4940                                     const char *page, size_t count)
4941 {
4942         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
4943         unsigned long __data;
4944         int ret;
4945
4946         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
4947         if (ret)
4948                 return ret;
4949
4950         if (__data == 0)
4951                 bfqd->bfq_max_budget = bfq_calc_max_budget(bfqd);
4952         else {
4953                 if (__data > INT_MAX)
4954                         __data = INT_MAX;
4955                 bfqd->bfq_max_budget = __data;
4956         }
4957
4958         bfqd->bfq_user_max_budget = __data;
4959
4960         return count;
4961 }
4962
4963 /*
4964  * Leaving this name to preserve name compatibility with cfq
4965  * parameters, but this timeout is used for both sync and async.
4966  */
4967 static ssize_t bfq_timeout_sync_store(struct elevator_queue *e,
4968                                       const char *page, size_t count)
4969 {
4970         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
4971         unsigned long __data;
4972         int ret;
4973
4974         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
4975         if (ret)
4976                 return ret;
4977
4978         if (__data < 1)
4979                 __data = 1;
4980         else if (__data > INT_MAX)
4981                 __data = INT_MAX;
4982
4983         bfqd->bfq_timeout = msecs_to_jiffies(__data);
4984         if (bfqd->bfq_user_max_budget == 0)
4985                 bfqd->bfq_max_budget = bfq_calc_max_budget(bfqd);
4986
4987         return count;
4988 }
4989
4990 static ssize_t bfq_strict_guarantees_store(struct elevator_queue *e,
4991                                      const char *page, size_t count)
4992 {
4993         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
4994         unsigned long __data;
4995         int ret;
4996
4997         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
4998         if (ret)
4999                 return ret;
5000
5001         if (__data > 1)
5002                 __data = 1;
5003         if (!bfqd->strict_guarantees && __data == 1
5004             && bfqd->bfq_slice_idle < 8 * NSEC_PER_MSEC)
5005                 bfqd->bfq_slice_idle = 8 * NSEC_PER_MSEC;
5006
5007         bfqd->strict_guarantees = __data;
5008
5009         return count;
5010 }
5011
5012 static ssize_t bfq_low_latency_store(struct elevator_queue *e,
5013                                      const char *page, size_t count)
5014 {
5015         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
5016         unsigned long __data;
5017         int ret;
5018
5019         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
5020         if (ret)
5021                 return ret;
5022
5023         if (__data > 1)
5024                 __data = 1;
5025         if (__data == 0 && bfqd->low_latency != 0)
5026                 bfq_end_wr(bfqd);
5027         bfqd->low_latency = __data;
5028
5029         return count;
5030 }
5031
5032 #define BFQ_ATTR(name) \
5033         __ATTR(name, 0644, bfq_##name##_show, bfq_##name##_store)
5034
5035 static struct elv_fs_entry bfq_attrs[] = {
5036         BFQ_ATTR(fifo_expire_sync),
5037         BFQ_ATTR(fifo_expire_async),
5038         BFQ_ATTR(back_seek_max),
5039         BFQ_ATTR(back_seek_penalty),
5040         BFQ_ATTR(slice_idle),
5041         BFQ_ATTR(slice_idle_us),
5042         BFQ_ATTR(max_budget),
5043         BFQ_ATTR(timeout_sync),
5044         BFQ_ATTR(strict_guarantees),
5045         BFQ_ATTR(low_latency),
5046         __ATTR_NULL
5047 };
5048
5049 static struct elevator_type iosched_bfq_mq = {
5050         .ops.mq = {
5051                 .prepare_request        = bfq_prepare_request,
5052                 .finish_request         = bfq_finish_request,
5053                 .exit_icq               = bfq_exit_icq,
5054                 .insert_requests        = bfq_insert_requests,
5055                 .dispatch_request       = bfq_dispatch_request,
5056                 .next_request           = elv_rb_latter_request,
5057                 .former_request         = elv_rb_former_request,
5058                 .allow_merge            = bfq_allow_bio_merge,
5059                 .bio_merge              = bfq_bio_merge,
5060                 .request_merge          = bfq_request_merge,
5061                 .requests_merged        = bfq_requests_merged,
5062                 .request_merged         = bfq_request_merged,
5063                 .has_work               = bfq_has_work,
5064                 .init_sched             = bfq_init_queue,
5065                 .exit_sched             = bfq_exit_queue,
5066         },
5067
5068         .uses_mq =              true,
5069         .icq_size =             sizeof(struct bfq_io_cq),
5070         .icq_align =            __alignof__(struct bfq_io_cq),
5071         .elevator_attrs =       bfq_attrs,
5072         .elevator_name =        "bfq",
5073         .elevator_owner =       THIS_MODULE,
5074 };
5075 MODULE_ALIAS("bfq-iosched");
5076
5077 static int __init bfq_init(void)
5078 {
5079         int ret;
5080
5081 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
5082         ret = blkcg_policy_register(&blkcg_policy_bfq);
5083         if (ret)
5084                 return ret;
5085 #endif
5086
5087         ret = -ENOMEM;
5088         if (bfq_slab_setup())
5089                 goto err_pol_unreg;
5090
5091         /*
5092          * Times to load large popular applications for the typical
5093          * systems installed on the reference devices (see the
5094          * comments before the definitions of the next two
5095          * arrays). Actually, we use slightly slower values, as the
5096          * estimated peak rate tends to be smaller than the actual
5097          * peak rate.  The reason for this last fact is that estimates
5098          * are computed over much shorter time intervals than the long
5099          * intervals typically used for benchmarking. Why? First, to
5100          * adapt more quickly to variations. Second, because an I/O
5101          * scheduler cannot rely on a peak-rate-evaluation workload to
5102          * be run for a long time.
5103          */
5104         T_slow[0] = msecs_to_jiffies(3500); /* actually 4 sec */
5105         T_slow[1] = msecs_to_jiffies(6000); /* actually 6.5 sec */
5106         T_fast[0] = msecs_to_jiffies(7000); /* actually 8 sec */
5107         T_fast[1] = msecs_to_jiffies(2500); /* actually 3 sec */
5108
5109         /*
5110          * Thresholds that determine the switch between speed classes
5111          * (see the comments before the definition of the array
5112          * device_speed_thresh). These thresholds are biased towards
5113          * transitions to the fast class. This is safer than the
5114          * opposite bias. In fact, a wrong transition to the slow
5115          * class results in short weight-raising periods, because the
5116          * speed of the device then tends to be higher that the
5117          * reference peak rate. On the opposite end, a wrong
5118          * transition to the fast class tends to increase
5119          * weight-raising periods, because of the opposite reason.
5120          */
5121         device_speed_thresh[0] = (4 * R_slow[0]) / 3;
5122         device_speed_thresh[1] = (4 * R_slow[1]) / 3;
5123
5124         ret = elv_register(&iosched_bfq_mq);
5125         if (ret)
5126                 goto slab_kill;
5127
5128         return 0;
5129
5130 slab_kill:
5131         bfq_slab_kill();
5132 err_pol_unreg:
5133 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
5134         blkcg_policy_unregister(&blkcg_policy_bfq);
5135 #endif
5136         return ret;
5137 }
5138
5139 static void __exit bfq_exit(void)
5140 {
5141         elv_unregister(&iosched_bfq_mq);
5142 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
5143         blkcg_policy_unregister(&blkcg_policy_bfq);
5144 #endif
5145         bfq_slab_kill();
5146 }
5147
5148 module_init(bfq_init);
5149 module_exit(bfq_exit);
5150
5151 MODULE_AUTHOR("Paolo Valente");
5152 MODULE_LICENSE("GPL");
5153 MODULE_DESCRIPTION("MQ Budget Fair Queueing I/O Scheduler");