Merge tag 'drm-intel-gt-next-2022-02-17' of git://anongit.freedesktop.org/drm/drm...
[sfrench/cifs-2.6.git] / block / bfq-iosched.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-or-later
2 /*
3  * Budget Fair Queueing (BFQ) I/O scheduler.
4  *
5  * Based on ideas and code from CFQ:
6  * Copyright (C) 2003 Jens Axboe <axboe@kernel.dk>
7  *
8  * Copyright (C) 2008 Fabio Checconi <fabio@gandalf.sssup.it>
9  *                    Paolo Valente <paolo.valente@unimore.it>
10  *
11  * Copyright (C) 2010 Paolo Valente <paolo.valente@unimore.it>
12  *                    Arianna Avanzini <avanzini@google.com>
13  *
14  * Copyright (C) 2017 Paolo Valente <paolo.valente@linaro.org>
15  *
16  * BFQ is a proportional-share I/O scheduler, with some extra
17  * low-latency capabilities. BFQ also supports full hierarchical
18  * scheduling through cgroups. Next paragraphs provide an introduction
19  * on BFQ inner workings. Details on BFQ benefits, usage and
20  * limitations can be found in Documentation/block/bfq-iosched.rst.
21  *
22  * BFQ is a proportional-share storage-I/O scheduling algorithm based
23  * on the slice-by-slice service scheme of CFQ. But BFQ assigns
24  * budgets, measured in number of sectors, to processes instead of
25  * time slices. The device is not granted to the in-service process
26  * for a given time slice, but until it has exhausted its assigned
27  * budget. This change from the time to the service domain enables BFQ
28  * to distribute the device throughput among processes as desired,
29  * without any distortion due to throughput fluctuations, or to device
30  * internal queueing. BFQ uses an ad hoc internal scheduler, called
31  * B-WF2Q+, to schedule processes according to their budgets. More
32  * precisely, BFQ schedules queues associated with processes. Each
33  * process/queue is assigned a user-configurable weight, and B-WF2Q+
34  * guarantees that each queue receives a fraction of the throughput
35  * proportional to its weight. Thanks to the accurate policy of
36  * B-WF2Q+, BFQ can afford to assign high budgets to I/O-bound
37  * processes issuing sequential requests (to boost the throughput),
38  * and yet guarantee a low latency to interactive and soft real-time
39  * applications.
40  *
41  * In particular, to provide these low-latency guarantees, BFQ
42  * explicitly privileges the I/O of two classes of time-sensitive
43  * applications: interactive and soft real-time. In more detail, BFQ
44  * behaves this way if the low_latency parameter is set (default
45  * configuration). This feature enables BFQ to provide applications in
46  * these classes with a very low latency.
47  *
48  * To implement this feature, BFQ constantly tries to detect whether
49  * the I/O requests in a bfq_queue come from an interactive or a soft
50  * real-time application. For brevity, in these cases, the queue is
51  * said to be interactive or soft real-time. In both cases, BFQ
52  * privileges the service of the queue, over that of non-interactive
53  * and non-soft-real-time queues. This privileging is performed,
54  * mainly, by raising the weight of the queue. So, for brevity, we
55  * call just weight-raising periods the time periods during which a
56  * queue is privileged, because deemed interactive or soft real-time.
57  *
58  * The detection of soft real-time queues/applications is described in
59  * detail in the comments on the function
60  * bfq_bfqq_softrt_next_start. On the other hand, the detection of an
61  * interactive queue works as follows: a queue is deemed interactive
62  * if it is constantly non empty only for a limited time interval,
63  * after which it does become empty. The queue may be deemed
64  * interactive again (for a limited time), if it restarts being
65  * constantly non empty, provided that this happens only after the
66  * queue has remained empty for a given minimum idle time.
67  *
68  * By default, BFQ computes automatically the above maximum time
69  * interval, i.e., the time interval after which a constantly
70  * non-empty queue stops being deemed interactive. Since a queue is
71  * weight-raised while it is deemed interactive, this maximum time
72  * interval happens to coincide with the (maximum) duration of the
73  * weight-raising for interactive queues.
74  *
75  * Finally, BFQ also features additional heuristics for
76  * preserving both a low latency and a high throughput on NCQ-capable,
77  * rotational or flash-based devices, and to get the job done quickly
78  * for applications consisting in many I/O-bound processes.
79  *
80  * NOTE: if the main or only goal, with a given device, is to achieve
81  * the maximum-possible throughput at all times, then do switch off
82  * all low-latency heuristics for that device, by setting low_latency
83  * to 0.
84  *
85  * BFQ is described in [1], where also a reference to the initial,
86  * more theoretical paper on BFQ can be found. The interested reader
87  * can find in the latter paper full details on the main algorithm, as
88  * well as formulas of the guarantees and formal proofs of all the
89  * properties.  With respect to the version of BFQ presented in these
90  * papers, this implementation adds a few more heuristics, such as the
91  * ones that guarantee a low latency to interactive and soft real-time
92  * applications, and a hierarchical extension based on H-WF2Q+.
93  *
94  * B-WF2Q+ is based on WF2Q+, which is described in [2], together with
95  * H-WF2Q+, while the augmented tree used here to implement B-WF2Q+
96  * with O(log N) complexity derives from the one introduced with EEVDF
97  * in [3].
98  *
99  * [1] P. Valente, A. Avanzini, "Evolution of the BFQ Storage I/O
100  *     Scheduler", Proceedings of the First Workshop on Mobile System
101  *     Technologies (MST-2015), May 2015.
102  *     http://algogroup.unimore.it/people/paolo/disk_sched/mst-2015.pdf
103  *
104  * [2] Jon C.R. Bennett and H. Zhang, "Hierarchical Packet Fair Queueing
105  *     Algorithms", IEEE/ACM Transactions on Networking, 5(5):675-689,
106  *     Oct 1997.
107  *
108  * http://www.cs.cmu.edu/~hzhang/papers/TON-97-Oct.ps.gz
109  *
110  * [3] I. Stoica and H. Abdel-Wahab, "Earliest Eligible Virtual Deadline
111  *     First: A Flexible and Accurate Mechanism for Proportional Share
112  *     Resource Allocation", technical report.
113  *
114  * http://www.cs.berkeley.edu/~istoica/papers/eevdf-tr-95.pdf
115  */
116 #include <linux/module.h>
117 #include <linux/slab.h>
118 #include <linux/blkdev.h>
119 #include <linux/cgroup.h>
120 #include <linux/ktime.h>
121 #include <linux/rbtree.h>
122 #include <linux/ioprio.h>
123 #include <linux/sbitmap.h>
124 #include <linux/delay.h>
125 #include <linux/backing-dev.h>
126
127 #include <trace/events/block.h>
128
129 #include "elevator.h"
130 #include "blk.h"
131 #include "blk-mq.h"
132 #include "blk-mq-tag.h"
133 #include "blk-mq-sched.h"
134 #include "bfq-iosched.h"
135 #include "blk-wbt.h"
136
137 #define BFQ_BFQQ_FNS(name)                                              \
138 void bfq_mark_bfqq_##name(struct bfq_queue *bfqq)                       \
139 {                                                                       \
140         __set_bit(BFQQF_##name, &(bfqq)->flags);                        \
141 }                                                                       \
142 void bfq_clear_bfqq_##name(struct bfq_queue *bfqq)                      \
143 {                                                                       \
144         __clear_bit(BFQQF_##name, &(bfqq)->flags);              \
145 }                                                                       \
146 int bfq_bfqq_##name(const struct bfq_queue *bfqq)                       \
147 {                                                                       \
148         return test_bit(BFQQF_##name, &(bfqq)->flags);          \
149 }
150
151 BFQ_BFQQ_FNS(just_created);
152 BFQ_BFQQ_FNS(busy);
153 BFQ_BFQQ_FNS(wait_request);
154 BFQ_BFQQ_FNS(non_blocking_wait_rq);
155 BFQ_BFQQ_FNS(fifo_expire);
156 BFQ_BFQQ_FNS(has_short_ttime);
157 BFQ_BFQQ_FNS(sync);
158 BFQ_BFQQ_FNS(IO_bound);
159 BFQ_BFQQ_FNS(in_large_burst);
160 BFQ_BFQQ_FNS(coop);
161 BFQ_BFQQ_FNS(split_coop);
162 BFQ_BFQQ_FNS(softrt_update);
163 #undef BFQ_BFQQ_FNS                                             \
164
165 /* Expiration time of async (0) and sync (1) requests, in ns. */
166 static const u64 bfq_fifo_expire[2] = { NSEC_PER_SEC / 4, NSEC_PER_SEC / 8 };
167
168 /* Maximum backwards seek (magic number lifted from CFQ), in KiB. */
169 static const int bfq_back_max = 16 * 1024;
170
171 /* Penalty of a backwards seek, in number of sectors. */
172 static const int bfq_back_penalty = 2;
173
174 /* Idling period duration, in ns. */
175 static u64 bfq_slice_idle = NSEC_PER_SEC / 125;
176
177 /* Minimum number of assigned budgets for which stats are safe to compute. */
178 static const int bfq_stats_min_budgets = 194;
179
180 /* Default maximum budget values, in sectors and number of requests. */
181 static const int bfq_default_max_budget = 16 * 1024;
182
183 /*
184  * When a sync request is dispatched, the queue that contains that
185  * request, and all the ancestor entities of that queue, are charged
186  * with the number of sectors of the request. In contrast, if the
187  * request is async, then the queue and its ancestor entities are
188  * charged with the number of sectors of the request, multiplied by
189  * the factor below. This throttles the bandwidth for async I/O,
190  * w.r.t. to sync I/O, and it is done to counter the tendency of async
191  * writes to steal I/O throughput to reads.
192  *
193  * The current value of this parameter is the result of a tuning with
194  * several hardware and software configurations. We tried to find the
195  * lowest value for which writes do not cause noticeable problems to
196  * reads. In fact, the lower this parameter, the stabler I/O control,
197  * in the following respect.  The lower this parameter is, the less
198  * the bandwidth enjoyed by a group decreases
199  * - when the group does writes, w.r.t. to when it does reads;
200  * - when other groups do reads, w.r.t. to when they do writes.
201  */
202 static const int bfq_async_charge_factor = 3;
203
204 /* Default timeout values, in jiffies, approximating CFQ defaults. */
205 const int bfq_timeout = HZ / 8;
206
207 /*
208  * Time limit for merging (see comments in bfq_setup_cooperator). Set
209  * to the slowest value that, in our tests, proved to be effective in
210  * removing false positives, while not causing true positives to miss
211  * queue merging.
212  *
213  * As can be deduced from the low time limit below, queue merging, if
214  * successful, happens at the very beginning of the I/O of the involved
215  * cooperating processes, as a consequence of the arrival of the very
216  * first requests from each cooperator.  After that, there is very
217  * little chance to find cooperators.
218  */
219 static const unsigned long bfq_merge_time_limit = HZ/10;
220
221 static struct kmem_cache *bfq_pool;
222
223 /* Below this threshold (in ns), we consider thinktime immediate. */
224 #define BFQ_MIN_TT              (2 * NSEC_PER_MSEC)
225
226 /* hw_tag detection: parallel requests threshold and min samples needed. */
227 #define BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD  3
228 #define BFQ_HW_QUEUE_SAMPLES    32
229
230 #define BFQQ_SEEK_THR           (sector_t)(8 * 100)
231 #define BFQQ_SECT_THR_NONROT    (sector_t)(2 * 32)
232 #define BFQ_RQ_SEEKY(bfqd, last_pos, rq) \
233         (get_sdist(last_pos, rq) >                      \
234          BFQQ_SEEK_THR &&                               \
235          (!blk_queue_nonrot(bfqd->queue) ||             \
236           blk_rq_sectors(rq) < BFQQ_SECT_THR_NONROT))
237 #define BFQQ_CLOSE_THR          (sector_t)(8 * 1024)
238 #define BFQQ_SEEKY(bfqq)        (hweight32(bfqq->seek_history) > 19)
239 /*
240  * Sync random I/O is likely to be confused with soft real-time I/O,
241  * because it is characterized by limited throughput and apparently
242  * isochronous arrival pattern. To avoid false positives, queues
243  * containing only random (seeky) I/O are prevented from being tagged
244  * as soft real-time.
245  */
246 #define BFQQ_TOTALLY_SEEKY(bfqq)        (bfqq->seek_history == -1)
247
248 /* Min number of samples required to perform peak-rate update */
249 #define BFQ_RATE_MIN_SAMPLES    32
250 /* Min observation time interval required to perform a peak-rate update (ns) */
251 #define BFQ_RATE_MIN_INTERVAL   (300*NSEC_PER_MSEC)
252 /* Target observation time interval for a peak-rate update (ns) */
253 #define BFQ_RATE_REF_INTERVAL   NSEC_PER_SEC
254
255 /*
256  * Shift used for peak-rate fixed precision calculations.
257  * With
258  * - the current shift: 16 positions
259  * - the current type used to store rate: u32
260  * - the current unit of measure for rate: [sectors/usec], or, more precisely,
261  *   [(sectors/usec) / 2^BFQ_RATE_SHIFT] to take into account the shift,
262  * the range of rates that can be stored is
263  * [1 / 2^BFQ_RATE_SHIFT, 2^(32 - BFQ_RATE_SHIFT)] sectors/usec =
264  * [1 / 2^16, 2^16] sectors/usec = [15e-6, 65536] sectors/usec =
265  * [15, 65G] sectors/sec
266  * Which, assuming a sector size of 512B, corresponds to a range of
267  * [7.5K, 33T] B/sec
268  */
269 #define BFQ_RATE_SHIFT          16
270
271 /*
272  * When configured for computing the duration of the weight-raising
273  * for interactive queues automatically (see the comments at the
274  * beginning of this file), BFQ does it using the following formula:
275  * duration = (ref_rate / r) * ref_wr_duration,
276  * where r is the peak rate of the device, and ref_rate and
277  * ref_wr_duration are two reference parameters.  In particular,
278  * ref_rate is the peak rate of the reference storage device (see
279  * below), and ref_wr_duration is about the maximum time needed, with
280  * BFQ and while reading two files in parallel, to load typical large
281  * applications on the reference device (see the comments on
282  * max_service_from_wr below, for more details on how ref_wr_duration
283  * is obtained).  In practice, the slower/faster the device at hand
284  * is, the more/less it takes to load applications with respect to the
285  * reference device.  Accordingly, the longer/shorter BFQ grants
286  * weight raising to interactive applications.
287  *
288  * BFQ uses two different reference pairs (ref_rate, ref_wr_duration),
289  * depending on whether the device is rotational or non-rotational.
290  *
291  * In the following definitions, ref_rate[0] and ref_wr_duration[0]
292  * are the reference values for a rotational device, whereas
293  * ref_rate[1] and ref_wr_duration[1] are the reference values for a
294  * non-rotational device. The reference rates are not the actual peak
295  * rates of the devices used as a reference, but slightly lower
296  * values. The reason for using slightly lower values is that the
297  * peak-rate estimator tends to yield slightly lower values than the
298  * actual peak rate (it can yield the actual peak rate only if there
299  * is only one process doing I/O, and the process does sequential
300  * I/O).
301  *
302  * The reference peak rates are measured in sectors/usec, left-shifted
303  * by BFQ_RATE_SHIFT.
304  */
305 static int ref_rate[2] = {14000, 33000};
306 /*
307  * To improve readability, a conversion function is used to initialize
308  * the following array, which entails that the array can be
309  * initialized only in a function.
310  */
311 static int ref_wr_duration[2];
312
313 /*
314  * BFQ uses the above-detailed, time-based weight-raising mechanism to
315  * privilege interactive tasks. This mechanism is vulnerable to the
316  * following false positives: I/O-bound applications that will go on
317  * doing I/O for much longer than the duration of weight
318  * raising. These applications have basically no benefit from being
319  * weight-raised at the beginning of their I/O. On the opposite end,
320  * while being weight-raised, these applications
321  * a) unjustly steal throughput to applications that may actually need
322  * low latency;
323  * b) make BFQ uselessly perform device idling; device idling results
324  * in loss of device throughput with most flash-based storage, and may
325  * increase latencies when used purposelessly.
326  *
327  * BFQ tries to reduce these problems, by adopting the following
328  * countermeasure. To introduce this countermeasure, we need first to
329  * finish explaining how the duration of weight-raising for
330  * interactive tasks is computed.
331  *
332  * For a bfq_queue deemed as interactive, the duration of weight
333  * raising is dynamically adjusted, as a function of the estimated
334  * peak rate of the device, so as to be equal to the time needed to
335  * execute the 'largest' interactive task we benchmarked so far. By
336  * largest task, we mean the task for which each involved process has
337  * to do more I/O than for any of the other tasks we benchmarked. This
338  * reference interactive task is the start-up of LibreOffice Writer,
339  * and in this task each process/bfq_queue needs to have at most ~110K
340  * sectors transferred.
341  *
342  * This last piece of information enables BFQ to reduce the actual
343  * duration of weight-raising for at least one class of I/O-bound
344  * applications: those doing sequential or quasi-sequential I/O. An
345  * example is file copy. In fact, once started, the main I/O-bound
346  * processes of these applications usually consume the above 110K
347  * sectors in much less time than the processes of an application that
348  * is starting, because these I/O-bound processes will greedily devote
349  * almost all their CPU cycles only to their target,
350  * throughput-friendly I/O operations. This is even more true if BFQ
351  * happens to be underestimating the device peak rate, and thus
352  * overestimating the duration of weight raising. But, according to
353  * our measurements, once transferred 110K sectors, these processes
354  * have no right to be weight-raised any longer.
355  *
356  * Basing on the last consideration, BFQ ends weight-raising for a
357  * bfq_queue if the latter happens to have received an amount of
358  * service at least equal to the following constant. The constant is
359  * set to slightly more than 110K, to have a minimum safety margin.
360  *
361  * This early ending of weight-raising reduces the amount of time
362  * during which interactive false positives cause the two problems
363  * described at the beginning of these comments.
364  */
365 static const unsigned long max_service_from_wr = 120000;
366
367 /*
368  * Maximum time between the creation of two queues, for stable merge
369  * to be activated (in ms)
370  */
371 static const unsigned long bfq_activation_stable_merging = 600;
372 /*
373  * Minimum time to be waited before evaluating delayed stable merge (in ms)
374  */
375 static const unsigned long bfq_late_stable_merging = 600;
376
377 #define RQ_BIC(rq)              icq_to_bic((rq)->elv.priv[0])
378 #define RQ_BFQQ(rq)             ((rq)->elv.priv[1])
379
380 struct bfq_queue *bic_to_bfqq(struct bfq_io_cq *bic, bool is_sync)
381 {
382         return bic->bfqq[is_sync];
383 }
384
385 static void bfq_put_stable_ref(struct bfq_queue *bfqq);
386
387 void bic_set_bfqq(struct bfq_io_cq *bic, struct bfq_queue *bfqq, bool is_sync)
388 {
389         /*
390          * If bfqq != NULL, then a non-stable queue merge between
391          * bic->bfqq and bfqq is happening here. This causes troubles
392          * in the following case: bic->bfqq has also been scheduled
393          * for a possible stable merge with bic->stable_merge_bfqq,
394          * and bic->stable_merge_bfqq == bfqq happens to
395          * hold. Troubles occur because bfqq may then undergo a split,
396          * thereby becoming eligible for a stable merge. Yet, if
397          * bic->stable_merge_bfqq points exactly to bfqq, then bfqq
398          * would be stably merged with itself. To avoid this anomaly,
399          * we cancel the stable merge if
400          * bic->stable_merge_bfqq == bfqq.
401          */
402         bic->bfqq[is_sync] = bfqq;
403
404         if (bfqq && bic->stable_merge_bfqq == bfqq) {
405                 /*
406                  * Actually, these same instructions are executed also
407                  * in bfq_setup_cooperator, in case of abort or actual
408                  * execution of a stable merge. We could avoid
409                  * repeating these instructions there too, but if we
410                  * did so, we would nest even more complexity in this
411                  * function.
412                  */
413                 bfq_put_stable_ref(bic->stable_merge_bfqq);
414
415                 bic->stable_merge_bfqq = NULL;
416         }
417 }
418
419 struct bfq_data *bic_to_bfqd(struct bfq_io_cq *bic)
420 {
421         return bic->icq.q->elevator->elevator_data;
422 }
423
424 /**
425  * icq_to_bic - convert iocontext queue structure to bfq_io_cq.
426  * @icq: the iocontext queue.
427  */
428 static struct bfq_io_cq *icq_to_bic(struct io_cq *icq)
429 {
430         /* bic->icq is the first member, %NULL will convert to %NULL */
431         return container_of(icq, struct bfq_io_cq, icq);
432 }
433
434 /**
435  * bfq_bic_lookup - search into @ioc a bic associated to @bfqd.
436  * @q: the request queue.
437  */
438 static struct bfq_io_cq *bfq_bic_lookup(struct request_queue *q)
439 {
440         struct bfq_io_cq *icq;
441         unsigned long flags;
442
443         if (!current->io_context)
444                 return NULL;
445
446         spin_lock_irqsave(&q->queue_lock, flags);
447         icq = icq_to_bic(ioc_lookup_icq(q));
448         spin_unlock_irqrestore(&q->queue_lock, flags);
449
450         return icq;
451 }
452
453 /*
454  * Scheduler run of queue, if there are requests pending and no one in the
455  * driver that will restart queueing.
456  */
457 void bfq_schedule_dispatch(struct bfq_data *bfqd)
458 {
459         if (bfqd->queued != 0) {
460                 bfq_log(bfqd, "schedule dispatch");
461                 blk_mq_run_hw_queues(bfqd->queue, true);
462         }
463 }
464
465 #define bfq_class_idle(bfqq)    ((bfqq)->ioprio_class == IOPRIO_CLASS_IDLE)
466
467 #define bfq_sample_valid(samples)       ((samples) > 80)
468
469 /*
470  * Lifted from AS - choose which of rq1 and rq2 that is best served now.
471  * We choose the request that is closer to the head right now.  Distance
472  * behind the head is penalized and only allowed to a certain extent.
473  */
474 static struct request *bfq_choose_req(struct bfq_data *bfqd,
475                                       struct request *rq1,
476                                       struct request *rq2,
477                                       sector_t last)
478 {
479         sector_t s1, s2, d1 = 0, d2 = 0;
480         unsigned long back_max;
481 #define BFQ_RQ1_WRAP    0x01 /* request 1 wraps */
482 #define BFQ_RQ2_WRAP    0x02 /* request 2 wraps */
483         unsigned int wrap = 0; /* bit mask: requests behind the disk head? */
484
485         if (!rq1 || rq1 == rq2)
486                 return rq2;
487         if (!rq2)
488                 return rq1;
489
490         if (rq_is_sync(rq1) && !rq_is_sync(rq2))
491                 return rq1;
492         else if (rq_is_sync(rq2) && !rq_is_sync(rq1))
493                 return rq2;
494         if ((rq1->cmd_flags & REQ_META) && !(rq2->cmd_flags & REQ_META))
495                 return rq1;
496         else if ((rq2->cmd_flags & REQ_META) && !(rq1->cmd_flags & REQ_META))
497                 return rq2;
498
499         s1 = blk_rq_pos(rq1);
500         s2 = blk_rq_pos(rq2);
501
502         /*
503          * By definition, 1KiB is 2 sectors.
504          */
505         back_max = bfqd->bfq_back_max * 2;
506
507         /*
508          * Strict one way elevator _except_ in the case where we allow
509          * short backward seeks which are biased as twice the cost of a
510          * similar forward seek.
511          */
512         if (s1 >= last)
513                 d1 = s1 - last;
514         else if (s1 + back_max >= last)
515                 d1 = (last - s1) * bfqd->bfq_back_penalty;
516         else
517                 wrap |= BFQ_RQ1_WRAP;
518
519         if (s2 >= last)
520                 d2 = s2 - last;
521         else if (s2 + back_max >= last)
522                 d2 = (last - s2) * bfqd->bfq_back_penalty;
523         else
524                 wrap |= BFQ_RQ2_WRAP;
525
526         /* Found required data */
527
528         /*
529          * By doing switch() on the bit mask "wrap" we avoid having to
530          * check two variables for all permutations: --> faster!
531          */
532         switch (wrap) {
533         case 0: /* common case for CFQ: rq1 and rq2 not wrapped */
534                 if (d1 < d2)
535                         return rq1;
536                 else if (d2 < d1)
537                         return rq2;
538
539                 if (s1 >= s2)
540                         return rq1;
541                 else
542                         return rq2;
543
544         case BFQ_RQ2_WRAP:
545                 return rq1;
546         case BFQ_RQ1_WRAP:
547                 return rq2;
548         case BFQ_RQ1_WRAP|BFQ_RQ2_WRAP: /* both rqs wrapped */
549         default:
550                 /*
551                  * Since both rqs are wrapped,
552                  * start with the one that's further behind head
553                  * (--> only *one* back seek required),
554                  * since back seek takes more time than forward.
555                  */
556                 if (s1 <= s2)
557                         return rq1;
558                 else
559                         return rq2;
560         }
561 }
562
563 #define BFQ_LIMIT_INLINE_DEPTH 16
564
565 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
566 static bool bfqq_request_over_limit(struct bfq_queue *bfqq, int limit)
567 {
568         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
569         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
570         struct bfq_entity *inline_entities[BFQ_LIMIT_INLINE_DEPTH];
571         struct bfq_entity **entities = inline_entities;
572         int depth, level;
573         int class_idx = bfqq->ioprio_class - 1;
574         struct bfq_sched_data *sched_data;
575         unsigned long wsum;
576         bool ret = false;
577
578         if (!entity->on_st_or_in_serv)
579                 return false;
580
581         /* +1 for bfqq entity, root cgroup not included */
582         depth = bfqg_to_blkg(bfqq_group(bfqq))->blkcg->css.cgroup->level + 1;
583         if (depth > BFQ_LIMIT_INLINE_DEPTH) {
584                 entities = kmalloc_array(depth, sizeof(*entities), GFP_NOIO);
585                 if (!entities)
586                         return false;
587         }
588
589         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
590         sched_data = entity->sched_data;
591         /* Gather our ancestors as we need to traverse them in reverse order */
592         level = 0;
593         for_each_entity(entity) {
594                 /*
595                  * If at some level entity is not even active, allow request
596                  * queueing so that BFQ knows there's work to do and activate
597                  * entities.
598                  */
599                 if (!entity->on_st_or_in_serv)
600                         goto out;
601                 /* Uh, more parents than cgroup subsystem thinks? */
602                 if (WARN_ON_ONCE(level >= depth))
603                         break;
604                 entities[level++] = entity;
605         }
606         WARN_ON_ONCE(level != depth);
607         for (level--; level >= 0; level--) {
608                 entity = entities[level];
609                 if (level > 0) {
610                         wsum = bfq_entity_service_tree(entity)->wsum;
611                 } else {
612                         int i;
613                         /*
614                          * For bfqq itself we take into account service trees
615                          * of all higher priority classes and multiply their
616                          * weights so that low prio queue from higher class
617                          * gets more requests than high prio queue from lower
618                          * class.
619                          */
620                         wsum = 0;
621                         for (i = 0; i <= class_idx; i++) {
622                                 wsum = wsum * IOPRIO_BE_NR +
623                                         sched_data->service_tree[i].wsum;
624                         }
625                 }
626                 limit = DIV_ROUND_CLOSEST(limit * entity->weight, wsum);
627                 if (entity->allocated >= limit) {
628                         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq,
629                                 "too many requests: allocated %d limit %d level %d",
630                                 entity->allocated, limit, level);
631                         ret = true;
632                         break;
633                 }
634         }
635 out:
636         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
637         if (entities != inline_entities)
638                 kfree(entities);
639         return ret;
640 }
641 #else
642 static bool bfqq_request_over_limit(struct bfq_queue *bfqq, int limit)
643 {
644         return false;
645 }
646 #endif
647
648 /*
649  * Async I/O can easily starve sync I/O (both sync reads and sync
650  * writes), by consuming all tags. Similarly, storms of sync writes,
651  * such as those that sync(2) may trigger, can starve sync reads.
652  * Limit depths of async I/O and sync writes so as to counter both
653  * problems.
654  *
655  * Also if a bfq queue or its parent cgroup consume more tags than would be
656  * appropriate for their weight, we trim the available tag depth to 1. This
657  * avoids a situation where one cgroup can starve another cgroup from tags and
658  * thus block service differentiation among cgroups. Note that because the
659  * queue / cgroup already has many requests allocated and queued, this does not
660  * significantly affect service guarantees coming from the BFQ scheduling
661  * algorithm.
662  */
663 static void bfq_limit_depth(unsigned int op, struct blk_mq_alloc_data *data)
664 {
665         struct bfq_data *bfqd = data->q->elevator->elevator_data;
666         struct bfq_io_cq *bic = bfq_bic_lookup(data->q);
667         struct bfq_queue *bfqq = bic ? bic_to_bfqq(bic, op_is_sync(op)) : NULL;
668         int depth;
669         unsigned limit = data->q->nr_requests;
670
671         /* Sync reads have full depth available */
672         if (op_is_sync(op) && !op_is_write(op)) {
673                 depth = 0;
674         } else {
675                 depth = bfqd->word_depths[!!bfqd->wr_busy_queues][op_is_sync(op)];
676                 limit = (limit * depth) >> bfqd->full_depth_shift;
677         }
678
679         /*
680          * Does queue (or any parent entity) exceed number of requests that
681          * should be available to it? Heavily limit depth so that it cannot
682          * consume more available requests and thus starve other entities.
683          */
684         if (bfqq && bfqq_request_over_limit(bfqq, limit))
685                 depth = 1;
686
687         bfq_log(bfqd, "[%s] wr_busy %d sync %d depth %u",
688                 __func__, bfqd->wr_busy_queues, op_is_sync(op), depth);
689         if (depth)
690                 data->shallow_depth = depth;
691 }
692
693 static struct bfq_queue *
694 bfq_rq_pos_tree_lookup(struct bfq_data *bfqd, struct rb_root *root,
695                      sector_t sector, struct rb_node **ret_parent,
696                      struct rb_node ***rb_link)
697 {
698         struct rb_node **p, *parent;
699         struct bfq_queue *bfqq = NULL;
700
701         parent = NULL;
702         p = &root->rb_node;
703         while (*p) {
704                 struct rb_node **n;
705
706                 parent = *p;
707                 bfqq = rb_entry(parent, struct bfq_queue, pos_node);
708
709                 /*
710                  * Sort strictly based on sector. Smallest to the left,
711                  * largest to the right.
712                  */
713                 if (sector > blk_rq_pos(bfqq->next_rq))
714                         n = &(*p)->rb_right;
715                 else if (sector < blk_rq_pos(bfqq->next_rq))
716                         n = &(*p)->rb_left;
717                 else
718                         break;
719                 p = n;
720                 bfqq = NULL;
721         }
722
723         *ret_parent = parent;
724         if (rb_link)
725                 *rb_link = p;
726
727         bfq_log(bfqd, "rq_pos_tree_lookup %llu: returning %d",
728                 (unsigned long long)sector,
729                 bfqq ? bfqq->pid : 0);
730
731         return bfqq;
732 }
733
734 static bool bfq_too_late_for_merging(struct bfq_queue *bfqq)
735 {
736         return bfqq->service_from_backlogged > 0 &&
737                 time_is_before_jiffies(bfqq->first_IO_time +
738                                        bfq_merge_time_limit);
739 }
740
741 /*
742  * The following function is not marked as __cold because it is
743  * actually cold, but for the same performance goal described in the
744  * comments on the likely() at the beginning of
745  * bfq_setup_cooperator(). Unexpectedly, to reach an even lower
746  * execution time for the case where this function is not invoked, we
747  * had to add an unlikely() in each involved if().
748  */
749 void __cold
750 bfq_pos_tree_add_move(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
751 {
752         struct rb_node **p, *parent;
753         struct bfq_queue *__bfqq;
754
755         if (bfqq->pos_root) {
756                 rb_erase(&bfqq->pos_node, bfqq->pos_root);
757                 bfqq->pos_root = NULL;
758         }
759
760         /* oom_bfqq does not participate in queue merging */
761         if (bfqq == &bfqd->oom_bfqq)
762                 return;
763
764         /*
765          * bfqq cannot be merged any longer (see comments in
766          * bfq_setup_cooperator): no point in adding bfqq into the
767          * position tree.
768          */
769         if (bfq_too_late_for_merging(bfqq))
770                 return;
771
772         if (bfq_class_idle(bfqq))
773                 return;
774         if (!bfqq->next_rq)
775                 return;
776
777         bfqq->pos_root = &bfq_bfqq_to_bfqg(bfqq)->rq_pos_tree;
778         __bfqq = bfq_rq_pos_tree_lookup(bfqd, bfqq->pos_root,
779                         blk_rq_pos(bfqq->next_rq), &parent, &p);
780         if (!__bfqq) {
781                 rb_link_node(&bfqq->pos_node, parent, p);
782                 rb_insert_color(&bfqq->pos_node, bfqq->pos_root);
783         } else
784                 bfqq->pos_root = NULL;
785 }
786
787 /*
788  * The following function returns false either if every active queue
789  * must receive the same share of the throughput (symmetric scenario),
790  * or, as a special case, if bfqq must receive a share of the
791  * throughput lower than or equal to the share that every other active
792  * queue must receive.  If bfqq does sync I/O, then these are the only
793  * two cases where bfqq happens to be guaranteed its share of the
794  * throughput even if I/O dispatching is not plugged when bfqq remains
795  * temporarily empty (for more details, see the comments in the
796  * function bfq_better_to_idle()). For this reason, the return value
797  * of this function is used to check whether I/O-dispatch plugging can
798  * be avoided.
799  *
800  * The above first case (symmetric scenario) occurs when:
801  * 1) all active queues have the same weight,
802  * 2) all active queues belong to the same I/O-priority class,
803  * 3) all active groups at the same level in the groups tree have the same
804  *    weight,
805  * 4) all active groups at the same level in the groups tree have the same
806  *    number of children.
807  *
808  * Unfortunately, keeping the necessary state for evaluating exactly
809  * the last two symmetry sub-conditions above would be quite complex
810  * and time consuming. Therefore this function evaluates, instead,
811  * only the following stronger three sub-conditions, for which it is
812  * much easier to maintain the needed state:
813  * 1) all active queues have the same weight,
814  * 2) all active queues belong to the same I/O-priority class,
815  * 3) there are no active groups.
816  * In particular, the last condition is always true if hierarchical
817  * support or the cgroups interface are not enabled, thus no state
818  * needs to be maintained in this case.
819  */
820 static bool bfq_asymmetric_scenario(struct bfq_data *bfqd,
821                                    struct bfq_queue *bfqq)
822 {
823         bool smallest_weight = bfqq &&
824                 bfqq->weight_counter &&
825                 bfqq->weight_counter ==
826                 container_of(
827                         rb_first_cached(&bfqd->queue_weights_tree),
828                         struct bfq_weight_counter,
829                         weights_node);
830
831         /*
832          * For queue weights to differ, queue_weights_tree must contain
833          * at least two nodes.
834          */
835         bool varied_queue_weights = !smallest_weight &&
836                 !RB_EMPTY_ROOT(&bfqd->queue_weights_tree.rb_root) &&
837                 (bfqd->queue_weights_tree.rb_root.rb_node->rb_left ||
838                  bfqd->queue_weights_tree.rb_root.rb_node->rb_right);
839
840         bool multiple_classes_busy =
841                 (bfqd->busy_queues[0] && bfqd->busy_queues[1]) ||
842                 (bfqd->busy_queues[0] && bfqd->busy_queues[2]) ||
843                 (bfqd->busy_queues[1] && bfqd->busy_queues[2]);
844
845         return varied_queue_weights || multiple_classes_busy
846 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
847                || bfqd->num_groups_with_pending_reqs > 0
848 #endif
849                 ;
850 }
851
852 /*
853  * If the weight-counter tree passed as input contains no counter for
854  * the weight of the input queue, then add that counter; otherwise just
855  * increment the existing counter.
856  *
857  * Note that weight-counter trees contain few nodes in mostly symmetric
858  * scenarios. For example, if all queues have the same weight, then the
859  * weight-counter tree for the queues may contain at most one node.
860  * This holds even if low_latency is on, because weight-raised queues
861  * are not inserted in the tree.
862  * In most scenarios, the rate at which nodes are created/destroyed
863  * should be low too.
864  */
865 void bfq_weights_tree_add(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
866                           struct rb_root_cached *root)
867 {
868         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
869         struct rb_node **new = &(root->rb_root.rb_node), *parent = NULL;
870         bool leftmost = true;
871
872         /*
873          * Do not insert if the queue is already associated with a
874          * counter, which happens if:
875          *   1) a request arrival has caused the queue to become both
876          *      non-weight-raised, and hence change its weight, and
877          *      backlogged; in this respect, each of the two events
878          *      causes an invocation of this function,
879          *   2) this is the invocation of this function caused by the
880          *      second event. This second invocation is actually useless,
881          *      and we handle this fact by exiting immediately. More
882          *      efficient or clearer solutions might possibly be adopted.
883          */
884         if (bfqq->weight_counter)
885                 return;
886
887         while (*new) {
888                 struct bfq_weight_counter *__counter = container_of(*new,
889                                                 struct bfq_weight_counter,
890                                                 weights_node);
891                 parent = *new;
892
893                 if (entity->weight == __counter->weight) {
894                         bfqq->weight_counter = __counter;
895                         goto inc_counter;
896                 }
897                 if (entity->weight < __counter->weight)
898                         new = &((*new)->rb_left);
899                 else {
900                         new = &((*new)->rb_right);
901                         leftmost = false;
902                 }
903         }
904
905         bfqq->weight_counter = kzalloc(sizeof(struct bfq_weight_counter),
906                                        GFP_ATOMIC);
907
908         /*
909          * In the unlucky event of an allocation failure, we just
910          * exit. This will cause the weight of queue to not be
911          * considered in bfq_asymmetric_scenario, which, in its turn,
912          * causes the scenario to be deemed wrongly symmetric in case
913          * bfqq's weight would have been the only weight making the
914          * scenario asymmetric.  On the bright side, no unbalance will
915          * however occur when bfqq becomes inactive again (the
916          * invocation of this function is triggered by an activation
917          * of queue).  In fact, bfq_weights_tree_remove does nothing
918          * if !bfqq->weight_counter.
919          */
920         if (unlikely(!bfqq->weight_counter))
921                 return;
922
923         bfqq->weight_counter->weight = entity->weight;
924         rb_link_node(&bfqq->weight_counter->weights_node, parent, new);
925         rb_insert_color_cached(&bfqq->weight_counter->weights_node, root,
926                                 leftmost);
927
928 inc_counter:
929         bfqq->weight_counter->num_active++;
930         bfqq->ref++;
931 }
932
933 /*
934  * Decrement the weight counter associated with the queue, and, if the
935  * counter reaches 0, remove the counter from the tree.
936  * See the comments to the function bfq_weights_tree_add() for considerations
937  * about overhead.
938  */
939 void __bfq_weights_tree_remove(struct bfq_data *bfqd,
940                                struct bfq_queue *bfqq,
941                                struct rb_root_cached *root)
942 {
943         if (!bfqq->weight_counter)
944                 return;
945
946         bfqq->weight_counter->num_active--;
947         if (bfqq->weight_counter->num_active > 0)
948                 goto reset_entity_pointer;
949
950         rb_erase_cached(&bfqq->weight_counter->weights_node, root);
951         kfree(bfqq->weight_counter);
952
953 reset_entity_pointer:
954         bfqq->weight_counter = NULL;
955         bfq_put_queue(bfqq);
956 }
957
958 /*
959  * Invoke __bfq_weights_tree_remove on bfqq and decrement the number
960  * of active groups for each queue's inactive parent entity.
961  */
962 void bfq_weights_tree_remove(struct bfq_data *bfqd,
963                              struct bfq_queue *bfqq)
964 {
965         struct bfq_entity *entity = bfqq->entity.parent;
966
967         for_each_entity(entity) {
968                 struct bfq_sched_data *sd = entity->my_sched_data;
969
970                 if (sd->next_in_service || sd->in_service_entity) {
971                         /*
972                          * entity is still active, because either
973                          * next_in_service or in_service_entity is not
974                          * NULL (see the comments on the definition of
975                          * next_in_service for details on why
976                          * in_service_entity must be checked too).
977                          *
978                          * As a consequence, its parent entities are
979                          * active as well, and thus this loop must
980                          * stop here.
981                          */
982                         break;
983                 }
984
985                 /*
986                  * The decrement of num_groups_with_pending_reqs is
987                  * not performed immediately upon the deactivation of
988                  * entity, but it is delayed to when it also happens
989                  * that the first leaf descendant bfqq of entity gets
990                  * all its pending requests completed. The following
991                  * instructions perform this delayed decrement, if
992                  * needed. See the comments on
993                  * num_groups_with_pending_reqs for details.
994                  */
995                 if (entity->in_groups_with_pending_reqs) {
996                         entity->in_groups_with_pending_reqs = false;
997                         bfqd->num_groups_with_pending_reqs--;
998                 }
999         }
1000
1001         /*
1002          * Next function is invoked last, because it causes bfqq to be
1003          * freed if the following holds: bfqq is not in service and
1004          * has no dispatched request. DO NOT use bfqq after the next
1005          * function invocation.
1006          */
1007         __bfq_weights_tree_remove(bfqd, bfqq,
1008                                   &bfqd->queue_weights_tree);
1009 }
1010
1011 /*
1012  * Return expired entry, or NULL to just start from scratch in rbtree.
1013  */
1014 static struct request *bfq_check_fifo(struct bfq_queue *bfqq,
1015                                       struct request *last)
1016 {
1017         struct request *rq;
1018
1019         if (bfq_bfqq_fifo_expire(bfqq))
1020                 return NULL;
1021
1022         bfq_mark_bfqq_fifo_expire(bfqq);
1023
1024         rq = rq_entry_fifo(bfqq->fifo.next);
1025
1026         if (rq == last || ktime_get_ns() < rq->fifo_time)
1027                 return NULL;
1028
1029         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "check_fifo: returned %p", rq);
1030         return rq;
1031 }
1032
1033 static struct request *bfq_find_next_rq(struct bfq_data *bfqd,
1034                                         struct bfq_queue *bfqq,
1035                                         struct request *last)
1036 {
1037         struct rb_node *rbnext = rb_next(&last->rb_node);
1038         struct rb_node *rbprev = rb_prev(&last->rb_node);
1039         struct request *next, *prev = NULL;
1040
1041         /* Follow expired path, else get first next available. */
1042         next = bfq_check_fifo(bfqq, last);
1043         if (next)
1044                 return next;
1045
1046         if (rbprev)
1047                 prev = rb_entry_rq(rbprev);
1048
1049         if (rbnext)
1050                 next = rb_entry_rq(rbnext);
1051         else {
1052                 rbnext = rb_first(&bfqq->sort_list);
1053                 if (rbnext && rbnext != &last->rb_node)
1054                         next = rb_entry_rq(rbnext);
1055         }
1056
1057         return bfq_choose_req(bfqd, next, prev, blk_rq_pos(last));
1058 }
1059
1060 /* see the definition of bfq_async_charge_factor for details */
1061 static unsigned long bfq_serv_to_charge(struct request *rq,
1062                                         struct bfq_queue *bfqq)
1063 {
1064         if (bfq_bfqq_sync(bfqq) || bfqq->wr_coeff > 1 ||
1065             bfq_asymmetric_scenario(bfqq->bfqd, bfqq))
1066                 return blk_rq_sectors(rq);
1067
1068         return blk_rq_sectors(rq) * bfq_async_charge_factor;
1069 }
1070
1071 /**
1072  * bfq_updated_next_req - update the queue after a new next_rq selection.
1073  * @bfqd: the device data the queue belongs to.
1074  * @bfqq: the queue to update.
1075  *
1076  * If the first request of a queue changes we make sure that the queue
1077  * has enough budget to serve at least its first request (if the
1078  * request has grown).  We do this because if the queue has not enough
1079  * budget for its first request, it has to go through two dispatch
1080  * rounds to actually get it dispatched.
1081  */
1082 static void bfq_updated_next_req(struct bfq_data *bfqd,
1083                                  struct bfq_queue *bfqq)
1084 {
1085         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
1086         struct request *next_rq = bfqq->next_rq;
1087         unsigned long new_budget;
1088
1089         if (!next_rq)
1090                 return;
1091
1092         if (bfqq == bfqd->in_service_queue)
1093                 /*
1094                  * In order not to break guarantees, budgets cannot be
1095                  * changed after an entity has been selected.
1096                  */
1097                 return;
1098
1099         new_budget = max_t(unsigned long,
1100                            max_t(unsigned long, bfqq->max_budget,
1101                                  bfq_serv_to_charge(next_rq, bfqq)),
1102                            entity->service);
1103         if (entity->budget != new_budget) {
1104                 entity->budget = new_budget;
1105                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "updated next rq: new budget %lu",
1106                                          new_budget);
1107                 bfq_requeue_bfqq(bfqd, bfqq, false);
1108         }
1109 }
1110
1111 static unsigned int bfq_wr_duration(struct bfq_data *bfqd)
1112 {
1113         u64 dur;
1114
1115         if (bfqd->bfq_wr_max_time > 0)
1116                 return bfqd->bfq_wr_max_time;
1117
1118         dur = bfqd->rate_dur_prod;
1119         do_div(dur, bfqd->peak_rate);
1120
1121         /*
1122          * Limit duration between 3 and 25 seconds. The upper limit
1123          * has been conservatively set after the following worst case:
1124          * on a QEMU/KVM virtual machine
1125          * - running in a slow PC
1126          * - with a virtual disk stacked on a slow low-end 5400rpm HDD
1127          * - serving a heavy I/O workload, such as the sequential reading
1128          *   of several files
1129          * mplayer took 23 seconds to start, if constantly weight-raised.
1130          *
1131          * As for higher values than that accommodating the above bad
1132          * scenario, tests show that higher values would often yield
1133          * the opposite of the desired result, i.e., would worsen
1134          * responsiveness by allowing non-interactive applications to
1135          * preserve weight raising for too long.
1136          *
1137          * On the other end, lower values than 3 seconds make it
1138          * difficult for most interactive tasks to complete their jobs
1139          * before weight-raising finishes.
1140          */
1141         return clamp_val(dur, msecs_to_jiffies(3000), msecs_to_jiffies(25000));
1142 }
1143
1144 /* switch back from soft real-time to interactive weight raising */
1145 static void switch_back_to_interactive_wr(struct bfq_queue *bfqq,
1146                                           struct bfq_data *bfqd)
1147 {
1148         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
1149         bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
1150         bfqq->last_wr_start_finish = bfqq->wr_start_at_switch_to_srt;
1151 }
1152
1153 static void
1154 bfq_bfqq_resume_state(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_data *bfqd,
1155                       struct bfq_io_cq *bic, bool bfq_already_existing)
1156 {
1157         unsigned int old_wr_coeff = 1;
1158         bool busy = bfq_already_existing && bfq_bfqq_busy(bfqq);
1159
1160         if (bic->saved_has_short_ttime)
1161                 bfq_mark_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
1162         else
1163                 bfq_clear_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
1164
1165         if (bic->saved_IO_bound)
1166                 bfq_mark_bfqq_IO_bound(bfqq);
1167         else
1168                 bfq_clear_bfqq_IO_bound(bfqq);
1169
1170         bfqq->last_serv_time_ns = bic->saved_last_serv_time_ns;
1171         bfqq->inject_limit = bic->saved_inject_limit;
1172         bfqq->decrease_time_jif = bic->saved_decrease_time_jif;
1173
1174         bfqq->entity.new_weight = bic->saved_weight;
1175         bfqq->ttime = bic->saved_ttime;
1176         bfqq->io_start_time = bic->saved_io_start_time;
1177         bfqq->tot_idle_time = bic->saved_tot_idle_time;
1178         /*
1179          * Restore weight coefficient only if low_latency is on
1180          */
1181         if (bfqd->low_latency) {
1182                 old_wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
1183                 bfqq->wr_coeff = bic->saved_wr_coeff;
1184         }
1185         bfqq->service_from_wr = bic->saved_service_from_wr;
1186         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt = bic->saved_wr_start_at_switch_to_srt;
1187         bfqq->last_wr_start_finish = bic->saved_last_wr_start_finish;
1188         bfqq->wr_cur_max_time = bic->saved_wr_cur_max_time;
1189
1190         if (bfqq->wr_coeff > 1 && (bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq) ||
1191             time_is_before_jiffies(bfqq->last_wr_start_finish +
1192                                    bfqq->wr_cur_max_time))) {
1193                 if (bfqq->wr_cur_max_time == bfqd->bfq_wr_rt_max_time &&
1194                     !bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq) &&
1195                     time_is_after_eq_jiffies(bfqq->wr_start_at_switch_to_srt +
1196                                              bfq_wr_duration(bfqd))) {
1197                         switch_back_to_interactive_wr(bfqq, bfqd);
1198                 } else {
1199                         bfqq->wr_coeff = 1;
1200                         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq,
1201                                      "resume state: switching off wr");
1202                 }
1203         }
1204
1205         /* make sure weight will be updated, however we got here */
1206         bfqq->entity.prio_changed = 1;
1207
1208         if (likely(!busy))
1209                 return;
1210
1211         if (old_wr_coeff == 1 && bfqq->wr_coeff > 1)
1212                 bfqd->wr_busy_queues++;
1213         else if (old_wr_coeff > 1 && bfqq->wr_coeff == 1)
1214                 bfqd->wr_busy_queues--;
1215 }
1216
1217 static int bfqq_process_refs(struct bfq_queue *bfqq)
1218 {
1219         return bfqq->ref - bfqq->entity.allocated -
1220                 bfqq->entity.on_st_or_in_serv -
1221                 (bfqq->weight_counter != NULL) - bfqq->stable_ref;
1222 }
1223
1224 /* Empty burst list and add just bfqq (see comments on bfq_handle_burst) */
1225 static void bfq_reset_burst_list(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
1226 {
1227         struct bfq_queue *item;
1228         struct hlist_node *n;
1229
1230         hlist_for_each_entry_safe(item, n, &bfqd->burst_list, burst_list_node)
1231                 hlist_del_init(&item->burst_list_node);
1232
1233         /*
1234          * Start the creation of a new burst list only if there is no
1235          * active queue. See comments on the conditional invocation of
1236          * bfq_handle_burst().
1237          */
1238         if (bfq_tot_busy_queues(bfqd) == 0) {
1239                 hlist_add_head(&bfqq->burst_list_node, &bfqd->burst_list);
1240                 bfqd->burst_size = 1;
1241         } else
1242                 bfqd->burst_size = 0;
1243
1244         bfqd->burst_parent_entity = bfqq->entity.parent;
1245 }
1246
1247 /* Add bfqq to the list of queues in current burst (see bfq_handle_burst) */
1248 static void bfq_add_to_burst(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
1249 {
1250         /* Increment burst size to take into account also bfqq */
1251         bfqd->burst_size++;
1252
1253         if (bfqd->burst_size == bfqd->bfq_large_burst_thresh) {
1254                 struct bfq_queue *pos, *bfqq_item;
1255                 struct hlist_node *n;
1256
1257                 /*
1258                  * Enough queues have been activated shortly after each
1259                  * other to consider this burst as large.
1260                  */
1261                 bfqd->large_burst = true;
1262
1263                 /*
1264                  * We can now mark all queues in the burst list as
1265                  * belonging to a large burst.
1266                  */
1267                 hlist_for_each_entry(bfqq_item, &bfqd->burst_list,
1268                                      burst_list_node)
1269                         bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq_item);
1270                 bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq);
1271
1272                 /*
1273                  * From now on, and until the current burst finishes, any
1274                  * new queue being activated shortly after the last queue
1275                  * was inserted in the burst can be immediately marked as
1276                  * belonging to a large burst. So the burst list is not
1277                  * needed any more. Remove it.
1278                  */
1279                 hlist_for_each_entry_safe(pos, n, &bfqd->burst_list,
1280                                           burst_list_node)
1281                         hlist_del_init(&pos->burst_list_node);
1282         } else /*
1283                 * Burst not yet large: add bfqq to the burst list. Do
1284                 * not increment the ref counter for bfqq, because bfqq
1285                 * is removed from the burst list before freeing bfqq
1286                 * in put_queue.
1287                 */
1288                 hlist_add_head(&bfqq->burst_list_node, &bfqd->burst_list);
1289 }
1290
1291 /*
1292  * If many queues belonging to the same group happen to be created
1293  * shortly after each other, then the processes associated with these
1294  * queues have typically a common goal. In particular, bursts of queue
1295  * creations are usually caused by services or applications that spawn
1296  * many parallel threads/processes. Examples are systemd during boot,
1297  * or git grep. To help these processes get their job done as soon as
1298  * possible, it is usually better to not grant either weight-raising
1299  * or device idling to their queues, unless these queues must be
1300  * protected from the I/O flowing through other active queues.
1301  *
1302  * In this comment we describe, firstly, the reasons why this fact
1303  * holds, and, secondly, the next function, which implements the main
1304  * steps needed to properly mark these queues so that they can then be
1305  * treated in a different way.
1306  *
1307  * The above services or applications benefit mostly from a high
1308  * throughput: the quicker the requests of the activated queues are
1309  * cumulatively served, the sooner the target job of these queues gets
1310  * completed. As a consequence, weight-raising any of these queues,
1311  * which also implies idling the device for it, is almost always
1312  * counterproductive, unless there are other active queues to isolate
1313  * these new queues from. If there no other active queues, then
1314  * weight-raising these new queues just lowers throughput in most
1315  * cases.
1316  *
1317  * On the other hand, a burst of queue creations may be caused also by
1318  * the start of an application that does not consist of a lot of
1319  * parallel I/O-bound threads. In fact, with a complex application,
1320  * several short processes may need to be executed to start-up the
1321  * application. In this respect, to start an application as quickly as
1322  * possible, the best thing to do is in any case to privilege the I/O
1323  * related to the application with respect to all other
1324  * I/O. Therefore, the best strategy to start as quickly as possible
1325  * an application that causes a burst of queue creations is to
1326  * weight-raise all the queues created during the burst. This is the
1327  * exact opposite of the best strategy for the other type of bursts.
1328  *
1329  * In the end, to take the best action for each of the two cases, the
1330  * two types of bursts need to be distinguished. Fortunately, this
1331  * seems relatively easy, by looking at the sizes of the bursts. In
1332  * particular, we found a threshold such that only bursts with a
1333  * larger size than that threshold are apparently caused by
1334  * services or commands such as systemd or git grep. For brevity,
1335  * hereafter we call just 'large' these bursts. BFQ *does not*
1336  * weight-raise queues whose creation occurs in a large burst. In
1337  * addition, for each of these queues BFQ performs or does not perform
1338  * idling depending on which choice boosts the throughput more. The
1339  * exact choice depends on the device and request pattern at
1340  * hand.
1341  *
1342  * Unfortunately, false positives may occur while an interactive task
1343  * is starting (e.g., an application is being started). The
1344  * consequence is that the queues associated with the task do not
1345  * enjoy weight raising as expected. Fortunately these false positives
1346  * are very rare. They typically occur if some service happens to
1347  * start doing I/O exactly when the interactive task starts.
1348  *
1349  * Turning back to the next function, it is invoked only if there are
1350  * no active queues (apart from active queues that would belong to the
1351  * same, possible burst bfqq would belong to), and it implements all
1352  * the steps needed to detect the occurrence of a large burst and to
1353  * properly mark all the queues belonging to it (so that they can then
1354  * be treated in a different way). This goal is achieved by
1355  * maintaining a "burst list" that holds, temporarily, the queues that
1356  * belong to the burst in progress. The list is then used to mark
1357  * these queues as belonging to a large burst if the burst does become
1358  * large. The main steps are the following.
1359  *
1360  * . when the very first queue is created, the queue is inserted into the
1361  *   list (as it could be the first queue in a possible burst)
1362  *
1363  * . if the current burst has not yet become large, and a queue Q that does
1364  *   not yet belong to the burst is activated shortly after the last time
1365  *   at which a new queue entered the burst list, then the function appends
1366  *   Q to the burst list
1367  *
1368  * . if, as a consequence of the previous step, the burst size reaches
1369  *   the large-burst threshold, then
1370  *
1371  *     . all the queues in the burst list are marked as belonging to a
1372  *       large burst
1373  *
1374  *     . the burst list is deleted; in fact, the burst list already served
1375  *       its purpose (keeping temporarily track of the queues in a burst,
1376  *       so as to be able to mark them as belonging to a large burst in the
1377  *       previous sub-step), and now is not needed any more
1378  *
1379  *     . the device enters a large-burst mode
1380  *
1381  * . if a queue Q that does not belong to the burst is created while
1382  *   the device is in large-burst mode and shortly after the last time
1383  *   at which a queue either entered the burst list or was marked as
1384  *   belonging to the current large burst, then Q is immediately marked
1385  *   as belonging to a large burst.
1386  *
1387  * . if a queue Q that does not belong to the burst is created a while
1388  *   later, i.e., not shortly after, than the last time at which a queue
1389  *   either entered the burst list or was marked as belonging to the
1390  *   current large burst, then the current burst is deemed as finished and:
1391  *
1392  *        . the large-burst mode is reset if set
1393  *
1394  *        . the burst list is emptied
1395  *
1396  *        . Q is inserted in the burst list, as Q may be the first queue
1397  *          in a possible new burst (then the burst list contains just Q
1398  *          after this step).
1399  */
1400 static void bfq_handle_burst(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
1401 {
1402         /*
1403          * If bfqq is already in the burst list or is part of a large
1404          * burst, or finally has just been split, then there is
1405          * nothing else to do.
1406          */
1407         if (!hlist_unhashed(&bfqq->burst_list_node) ||
1408             bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq) ||
1409             time_is_after_eq_jiffies(bfqq->split_time +
1410                                      msecs_to_jiffies(10)))
1411                 return;
1412
1413         /*
1414          * If bfqq's creation happens late enough, or bfqq belongs to
1415          * a different group than the burst group, then the current
1416          * burst is finished, and related data structures must be
1417          * reset.
1418          *
1419          * In this respect, consider the special case where bfqq is
1420          * the very first queue created after BFQ is selected for this
1421          * device. In this case, last_ins_in_burst and
1422          * burst_parent_entity are not yet significant when we get
1423          * here. But it is easy to verify that, whether or not the
1424          * following condition is true, bfqq will end up being
1425          * inserted into the burst list. In particular the list will
1426          * happen to contain only bfqq. And this is exactly what has
1427          * to happen, as bfqq may be the first queue of the first
1428          * burst.
1429          */
1430         if (time_is_before_jiffies(bfqd->last_ins_in_burst +
1431             bfqd->bfq_burst_interval) ||
1432             bfqq->entity.parent != bfqd->burst_parent_entity) {
1433                 bfqd->large_burst = false;
1434                 bfq_reset_burst_list(bfqd, bfqq);
1435                 goto end;
1436         }
1437
1438         /*
1439          * If we get here, then bfqq is being activated shortly after the
1440          * last queue. So, if the current burst is also large, we can mark
1441          * bfqq as belonging to this large burst immediately.
1442          */
1443         if (bfqd->large_burst) {
1444                 bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq);
1445                 goto end;
1446         }
1447
1448         /*
1449          * If we get here, then a large-burst state has not yet been
1450          * reached, but bfqq is being activated shortly after the last
1451          * queue. Then we add bfqq to the burst.
1452          */
1453         bfq_add_to_burst(bfqd, bfqq);
1454 end:
1455         /*
1456          * At this point, bfqq either has been added to the current
1457          * burst or has caused the current burst to terminate and a
1458          * possible new burst to start. In particular, in the second
1459          * case, bfqq has become the first queue in the possible new
1460          * burst.  In both cases last_ins_in_burst needs to be moved
1461          * forward.
1462          */
1463         bfqd->last_ins_in_burst = jiffies;
1464 }
1465
1466 static int bfq_bfqq_budget_left(struct bfq_queue *bfqq)
1467 {
1468         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
1469
1470         return entity->budget - entity->service;
1471 }
1472
1473 /*
1474  * If enough samples have been computed, return the current max budget
1475  * stored in bfqd, which is dynamically updated according to the
1476  * estimated disk peak rate; otherwise return the default max budget
1477  */
1478 static int bfq_max_budget(struct bfq_data *bfqd)
1479 {
1480         if (bfqd->budgets_assigned < bfq_stats_min_budgets)
1481                 return bfq_default_max_budget;
1482         else
1483                 return bfqd->bfq_max_budget;
1484 }
1485
1486 /*
1487  * Return min budget, which is a fraction of the current or default
1488  * max budget (trying with 1/32)
1489  */
1490 static int bfq_min_budget(struct bfq_data *bfqd)
1491 {
1492         if (bfqd->budgets_assigned < bfq_stats_min_budgets)
1493                 return bfq_default_max_budget / 32;
1494         else
1495                 return bfqd->bfq_max_budget / 32;
1496 }
1497
1498 /*
1499  * The next function, invoked after the input queue bfqq switches from
1500  * idle to busy, updates the budget of bfqq. The function also tells
1501  * whether the in-service queue should be expired, by returning
1502  * true. The purpose of expiring the in-service queue is to give bfqq
1503  * the chance to possibly preempt the in-service queue, and the reason
1504  * for preempting the in-service queue is to achieve one of the two
1505  * goals below.
1506  *
1507  * 1. Guarantee to bfqq its reserved bandwidth even if bfqq has
1508  * expired because it has remained idle. In particular, bfqq may have
1509  * expired for one of the following two reasons:
1510  *
1511  * - BFQQE_NO_MORE_REQUESTS bfqq did not enjoy any device idling
1512  *   and did not make it to issue a new request before its last
1513  *   request was served;
1514  *
1515  * - BFQQE_TOO_IDLE bfqq did enjoy device idling, but did not issue
1516  *   a new request before the expiration of the idling-time.
1517  *
1518  * Even if bfqq has expired for one of the above reasons, the process
1519  * associated with the queue may be however issuing requests greedily,
1520  * and thus be sensitive to the bandwidth it receives (bfqq may have
1521  * remained idle for other reasons: CPU high load, bfqq not enjoying
1522  * idling, I/O throttling somewhere in the path from the process to
1523  * the I/O scheduler, ...). But if, after every expiration for one of
1524  * the above two reasons, bfqq has to wait for the service of at least
1525  * one full budget of another queue before being served again, then
1526  * bfqq is likely to get a much lower bandwidth or resource time than
1527  * its reserved ones. To address this issue, two countermeasures need
1528  * to be taken.
1529  *
1530  * First, the budget and the timestamps of bfqq need to be updated in
1531  * a special way on bfqq reactivation: they need to be updated as if
1532  * bfqq did not remain idle and did not expire. In fact, if they are
1533  * computed as if bfqq expired and remained idle until reactivation,
1534  * then the process associated with bfqq is treated as if, instead of
1535  * being greedy, it stopped issuing requests when bfqq remained idle,
1536  * and restarts issuing requests only on this reactivation. In other
1537  * words, the scheduler does not help the process recover the "service
1538  * hole" between bfqq expiration and reactivation. As a consequence,
1539  * the process receives a lower bandwidth than its reserved one. In
1540  * contrast, to recover this hole, the budget must be updated as if
1541  * bfqq was not expired at all before this reactivation, i.e., it must
1542  * be set to the value of the remaining budget when bfqq was
1543  * expired. Along the same line, timestamps need to be assigned the
1544  * value they had the last time bfqq was selected for service, i.e.,
1545  * before last expiration. Thus timestamps need to be back-shifted
1546  * with respect to their normal computation (see [1] for more details
1547  * on this tricky aspect).
1548  *
1549  * Secondly, to allow the process to recover the hole, the in-service
1550  * queue must be expired too, to give bfqq the chance to preempt it
1551  * immediately. In fact, if bfqq has to wait for a full budget of the
1552  * in-service queue to be completed, then it may become impossible to
1553  * let the process recover the hole, even if the back-shifted
1554  * timestamps of bfqq are lower than those of the in-service queue. If
1555  * this happens for most or all of the holes, then the process may not
1556  * receive its reserved bandwidth. In this respect, it is worth noting
1557  * that, being the service of outstanding requests unpreemptible, a
1558  * little fraction of the holes may however be unrecoverable, thereby
1559  * causing a little loss of bandwidth.
1560  *
1561  * The last important point is detecting whether bfqq does need this
1562  * bandwidth recovery. In this respect, the next function deems the
1563  * process associated with bfqq greedy, and thus allows it to recover
1564  * the hole, if: 1) the process is waiting for the arrival of a new
1565  * request (which implies that bfqq expired for one of the above two
1566  * reasons), and 2) such a request has arrived soon. The first
1567  * condition is controlled through the flag non_blocking_wait_rq,
1568  * while the second through the flag arrived_in_time. If both
1569  * conditions hold, then the function computes the budget in the
1570  * above-described special way, and signals that the in-service queue
1571  * should be expired. Timestamp back-shifting is done later in
1572  * __bfq_activate_entity.
1573  *
1574  * 2. Reduce latency. Even if timestamps are not backshifted to let
1575  * the process associated with bfqq recover a service hole, bfqq may
1576  * however happen to have, after being (re)activated, a lower finish
1577  * timestamp than the in-service queue.  That is, the next budget of
1578  * bfqq may have to be completed before the one of the in-service
1579  * queue. If this is the case, then preempting the in-service queue
1580  * allows this goal to be achieved, apart from the unpreemptible,
1581  * outstanding requests mentioned above.
1582  *
1583  * Unfortunately, regardless of which of the above two goals one wants
1584  * to achieve, service trees need first to be updated to know whether
1585  * the in-service queue must be preempted. To have service trees
1586  * correctly updated, the in-service queue must be expired and
1587  * rescheduled, and bfqq must be scheduled too. This is one of the
1588  * most costly operations (in future versions, the scheduling
1589  * mechanism may be re-designed in such a way to make it possible to
1590  * know whether preemption is needed without needing to update service
1591  * trees). In addition, queue preemptions almost always cause random
1592  * I/O, which may in turn cause loss of throughput. Finally, there may
1593  * even be no in-service queue when the next function is invoked (so,
1594  * no queue to compare timestamps with). Because of these facts, the
1595  * next function adopts the following simple scheme to avoid costly
1596  * operations, too frequent preemptions and too many dependencies on
1597  * the state of the scheduler: it requests the expiration of the
1598  * in-service queue (unconditionally) only for queues that need to
1599  * recover a hole. Then it delegates to other parts of the code the
1600  * responsibility of handling the above case 2.
1601  */
1602 static bool bfq_bfqq_update_budg_for_activation(struct bfq_data *bfqd,
1603                                                 struct bfq_queue *bfqq,
1604                                                 bool arrived_in_time)
1605 {
1606         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
1607
1608         /*
1609          * In the next compound condition, we check also whether there
1610          * is some budget left, because otherwise there is no point in
1611          * trying to go on serving bfqq with this same budget: bfqq
1612          * would be expired immediately after being selected for
1613          * service. This would only cause useless overhead.
1614          */
1615         if (bfq_bfqq_non_blocking_wait_rq(bfqq) && arrived_in_time &&
1616             bfq_bfqq_budget_left(bfqq) > 0) {
1617                 /*
1618                  * We do not clear the flag non_blocking_wait_rq here, as
1619                  * the latter is used in bfq_activate_bfqq to signal
1620                  * that timestamps need to be back-shifted (and is
1621                  * cleared right after).
1622                  */
1623
1624                 /*
1625                  * In next assignment we rely on that either
1626                  * entity->service or entity->budget are not updated
1627                  * on expiration if bfqq is empty (see
1628                  * __bfq_bfqq_recalc_budget). Thus both quantities
1629                  * remain unchanged after such an expiration, and the
1630                  * following statement therefore assigns to
1631                  * entity->budget the remaining budget on such an
1632                  * expiration.
1633                  */
1634                 entity->budget = min_t(unsigned long,
1635                                        bfq_bfqq_budget_left(bfqq),
1636                                        bfqq->max_budget);
1637
1638                 /*
1639                  * At this point, we have used entity->service to get
1640                  * the budget left (needed for updating
1641                  * entity->budget). Thus we finally can, and have to,
1642                  * reset entity->service. The latter must be reset
1643                  * because bfqq would otherwise be charged again for
1644                  * the service it has received during its previous
1645                  * service slot(s).
1646                  */
1647                 entity->service = 0;
1648
1649                 return true;
1650         }
1651
1652         /*
1653          * We can finally complete expiration, by setting service to 0.
1654          */
1655         entity->service = 0;
1656         entity->budget = max_t(unsigned long, bfqq->max_budget,
1657                                bfq_serv_to_charge(bfqq->next_rq, bfqq));
1658         bfq_clear_bfqq_non_blocking_wait_rq(bfqq);
1659         return false;
1660 }
1661
1662 /*
1663  * Return the farthest past time instant according to jiffies
1664  * macros.
1665  */
1666 static unsigned long bfq_smallest_from_now(void)
1667 {
1668         return jiffies - MAX_JIFFY_OFFSET;
1669 }
1670
1671 static void bfq_update_bfqq_wr_on_rq_arrival(struct bfq_data *bfqd,
1672                                              struct bfq_queue *bfqq,
1673                                              unsigned int old_wr_coeff,
1674                                              bool wr_or_deserves_wr,
1675                                              bool interactive,
1676                                              bool in_burst,
1677                                              bool soft_rt)
1678 {
1679         if (old_wr_coeff == 1 && wr_or_deserves_wr) {
1680                 /* start a weight-raising period */
1681                 if (interactive) {
1682                         bfqq->service_from_wr = 0;
1683                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
1684                         bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
1685                 } else {
1686                         /*
1687                          * No interactive weight raising in progress
1688                          * here: assign minus infinity to
1689                          * wr_start_at_switch_to_srt, to make sure
1690                          * that, at the end of the soft-real-time
1691                          * weight raising periods that is starting
1692                          * now, no interactive weight-raising period
1693                          * may be wrongly considered as still in
1694                          * progress (and thus actually started by
1695                          * mistake).
1696                          */
1697                         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt =
1698                                 bfq_smallest_from_now();
1699                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff *
1700                                 BFQ_SOFTRT_WEIGHT_FACTOR;
1701                         bfqq->wr_cur_max_time =
1702                                 bfqd->bfq_wr_rt_max_time;
1703                 }
1704
1705                 /*
1706                  * If needed, further reduce budget to make sure it is
1707                  * close to bfqq's backlog, so as to reduce the
1708                  * scheduling-error component due to a too large
1709                  * budget. Do not care about throughput consequences,
1710                  * but only about latency. Finally, do not assign a
1711                  * too small budget either, to avoid increasing
1712                  * latency by causing too frequent expirations.
1713                  */
1714                 bfqq->entity.budget = min_t(unsigned long,
1715                                             bfqq->entity.budget,
1716                                             2 * bfq_min_budget(bfqd));
1717         } else if (old_wr_coeff > 1) {
1718                 if (interactive) { /* update wr coeff and duration */
1719                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
1720                         bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
1721                 } else if (in_burst)
1722                         bfqq->wr_coeff = 1;
1723                 else if (soft_rt) {
1724                         /*
1725                          * The application is now or still meeting the
1726                          * requirements for being deemed soft rt.  We
1727                          * can then correctly and safely (re)charge
1728                          * the weight-raising duration for the
1729                          * application with the weight-raising
1730                          * duration for soft rt applications.
1731                          *
1732                          * In particular, doing this recharge now, i.e.,
1733                          * before the weight-raising period for the
1734                          * application finishes, reduces the probability
1735                          * of the following negative scenario:
1736                          * 1) the weight of a soft rt application is
1737                          *    raised at startup (as for any newly
1738                          *    created application),
1739                          * 2) since the application is not interactive,
1740                          *    at a certain time weight-raising is
1741                          *    stopped for the application,
1742                          * 3) at that time the application happens to
1743                          *    still have pending requests, and hence
1744                          *    is destined to not have a chance to be
1745                          *    deemed soft rt before these requests are
1746                          *    completed (see the comments to the
1747                          *    function bfq_bfqq_softrt_next_start()
1748                          *    for details on soft rt detection),
1749                          * 4) these pending requests experience a high
1750                          *    latency because the application is not
1751                          *    weight-raised while they are pending.
1752                          */
1753                         if (bfqq->wr_cur_max_time !=
1754                                 bfqd->bfq_wr_rt_max_time) {
1755                                 bfqq->wr_start_at_switch_to_srt =
1756                                         bfqq->last_wr_start_finish;
1757
1758                                 bfqq->wr_cur_max_time =
1759                                         bfqd->bfq_wr_rt_max_time;
1760                                 bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff *
1761                                         BFQ_SOFTRT_WEIGHT_FACTOR;
1762                         }
1763                         bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
1764                 }
1765         }
1766 }
1767
1768 static bool bfq_bfqq_idle_for_long_time(struct bfq_data *bfqd,
1769                                         struct bfq_queue *bfqq)
1770 {
1771         return bfqq->dispatched == 0 &&
1772                 time_is_before_jiffies(
1773                         bfqq->budget_timeout +
1774                         bfqd->bfq_wr_min_idle_time);
1775 }
1776
1777
1778 /*
1779  * Return true if bfqq is in a higher priority class, or has a higher
1780  * weight than the in-service queue.
1781  */
1782 static bool bfq_bfqq_higher_class_or_weight(struct bfq_queue *bfqq,
1783                                             struct bfq_queue *in_serv_bfqq)
1784 {
1785         int bfqq_weight, in_serv_weight;
1786
1787         if (bfqq->ioprio_class < in_serv_bfqq->ioprio_class)
1788                 return true;
1789
1790         if (in_serv_bfqq->entity.parent == bfqq->entity.parent) {
1791                 bfqq_weight = bfqq->entity.weight;
1792                 in_serv_weight = in_serv_bfqq->entity.weight;
1793         } else {
1794                 if (bfqq->entity.parent)
1795                         bfqq_weight = bfqq->entity.parent->weight;
1796                 else
1797                         bfqq_weight = bfqq->entity.weight;
1798                 if (in_serv_bfqq->entity.parent)
1799                         in_serv_weight = in_serv_bfqq->entity.parent->weight;
1800                 else
1801                         in_serv_weight = in_serv_bfqq->entity.weight;
1802         }
1803
1804         return bfqq_weight > in_serv_weight;
1805 }
1806
1807 static bool bfq_better_to_idle(struct bfq_queue *bfqq);
1808
1809 static void bfq_bfqq_handle_idle_busy_switch(struct bfq_data *bfqd,
1810                                              struct bfq_queue *bfqq,
1811                                              int old_wr_coeff,
1812                                              struct request *rq,
1813                                              bool *interactive)
1814 {
1815         bool soft_rt, in_burst, wr_or_deserves_wr,
1816                 bfqq_wants_to_preempt,
1817                 idle_for_long_time = bfq_bfqq_idle_for_long_time(bfqd, bfqq),
1818                 /*
1819                  * See the comments on
1820                  * bfq_bfqq_update_budg_for_activation for
1821                  * details on the usage of the next variable.
1822                  */
1823                 arrived_in_time =  ktime_get_ns() <=
1824                         bfqq->ttime.last_end_request +
1825                         bfqd->bfq_slice_idle * 3;
1826
1827
1828         /*
1829          * bfqq deserves to be weight-raised if:
1830          * - it is sync,
1831          * - it does not belong to a large burst,
1832          * - it has been idle for enough time or is soft real-time,
1833          * - is linked to a bfq_io_cq (it is not shared in any sense),
1834          * - has a default weight (otherwise we assume the user wanted
1835          *   to control its weight explicitly)
1836          */
1837         in_burst = bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq);
1838         soft_rt = bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate > 0 &&
1839                 !BFQQ_TOTALLY_SEEKY(bfqq) &&
1840                 !in_burst &&
1841                 time_is_before_jiffies(bfqq->soft_rt_next_start) &&
1842                 bfqq->dispatched == 0 &&
1843                 bfqq->entity.new_weight == 40;
1844         *interactive = !in_burst && idle_for_long_time &&
1845                 bfqq->entity.new_weight == 40;
1846         /*
1847          * Merged bfq_queues are kept out of weight-raising
1848          * (low-latency) mechanisms. The reason is that these queues
1849          * are usually created for non-interactive and
1850          * non-soft-real-time tasks. Yet this is not the case for
1851          * stably-merged queues. These queues are merged just because
1852          * they are created shortly after each other. So they may
1853          * easily serve the I/O of an interactive or soft-real time
1854          * application, if the application happens to spawn multiple
1855          * processes. So let also stably-merged queued enjoy weight
1856          * raising.
1857          */
1858         wr_or_deserves_wr = bfqd->low_latency &&
1859                 (bfqq->wr_coeff > 1 ||
1860                  (bfq_bfqq_sync(bfqq) &&
1861                   (bfqq->bic || RQ_BIC(rq)->stably_merged) &&
1862                    (*interactive || soft_rt)));
1863
1864         /*
1865          * Using the last flag, update budget and check whether bfqq
1866          * may want to preempt the in-service queue.
1867          */
1868         bfqq_wants_to_preempt =
1869                 bfq_bfqq_update_budg_for_activation(bfqd, bfqq,
1870                                                     arrived_in_time);
1871
1872         /*
1873          * If bfqq happened to be activated in a burst, but has been
1874          * idle for much more than an interactive queue, then we
1875          * assume that, in the overall I/O initiated in the burst, the
1876          * I/O associated with bfqq is finished. So bfqq does not need
1877          * to be treated as a queue belonging to a burst
1878          * anymore. Accordingly, we reset bfqq's in_large_burst flag
1879          * if set, and remove bfqq from the burst list if it's
1880          * there. We do not decrement burst_size, because the fact
1881          * that bfqq does not need to belong to the burst list any
1882          * more does not invalidate the fact that bfqq was created in
1883          * a burst.
1884          */
1885         if (likely(!bfq_bfqq_just_created(bfqq)) &&
1886             idle_for_long_time &&
1887             time_is_before_jiffies(
1888                     bfqq->budget_timeout +
1889                     msecs_to_jiffies(10000))) {
1890                 hlist_del_init(&bfqq->burst_list_node);
1891                 bfq_clear_bfqq_in_large_burst(bfqq);
1892         }
1893
1894         bfq_clear_bfqq_just_created(bfqq);
1895
1896         if (bfqd->low_latency) {
1897                 if (unlikely(time_is_after_jiffies(bfqq->split_time)))
1898                         /* wraparound */
1899                         bfqq->split_time =
1900                                 jiffies - bfqd->bfq_wr_min_idle_time - 1;
1901
1902                 if (time_is_before_jiffies(bfqq->split_time +
1903                                            bfqd->bfq_wr_min_idle_time)) {
1904                         bfq_update_bfqq_wr_on_rq_arrival(bfqd, bfqq,
1905                                                          old_wr_coeff,
1906                                                          wr_or_deserves_wr,
1907                                                          *interactive,
1908                                                          in_burst,
1909                                                          soft_rt);
1910
1911                         if (old_wr_coeff != bfqq->wr_coeff)
1912                                 bfqq->entity.prio_changed = 1;
1913                 }
1914         }
1915
1916         bfqq->last_idle_bklogged = jiffies;
1917         bfqq->service_from_backlogged = 0;
1918         bfq_clear_bfqq_softrt_update(bfqq);
1919
1920         bfq_add_bfqq_busy(bfqd, bfqq);
1921
1922         /*
1923          * Expire in-service queue if preemption may be needed for
1924          * guarantees or throughput. As for guarantees, we care
1925          * explicitly about two cases. The first is that bfqq has to
1926          * recover a service hole, as explained in the comments on
1927          * bfq_bfqq_update_budg_for_activation(), i.e., that
1928          * bfqq_wants_to_preempt is true. However, if bfqq does not
1929          * carry time-critical I/O, then bfqq's bandwidth is less
1930          * important than that of queues that carry time-critical I/O.
1931          * So, as a further constraint, we consider this case only if
1932          * bfqq is at least as weight-raised, i.e., at least as time
1933          * critical, as the in-service queue.
1934          *
1935          * The second case is that bfqq is in a higher priority class,
1936          * or has a higher weight than the in-service queue. If this
1937          * condition does not hold, we don't care because, even if
1938          * bfqq does not start to be served immediately, the resulting
1939          * delay for bfqq's I/O is however lower or much lower than
1940          * the ideal completion time to be guaranteed to bfqq's I/O.
1941          *
1942          * In both cases, preemption is needed only if, according to
1943          * the timestamps of both bfqq and of the in-service queue,
1944          * bfqq actually is the next queue to serve. So, to reduce
1945          * useless preemptions, the return value of
1946          * next_queue_may_preempt() is considered in the next compound
1947          * condition too. Yet next_queue_may_preempt() just checks a
1948          * simple, necessary condition for bfqq to be the next queue
1949          * to serve. In fact, to evaluate a sufficient condition, the
1950          * timestamps of the in-service queue would need to be
1951          * updated, and this operation is quite costly (see the
1952          * comments on bfq_bfqq_update_budg_for_activation()).
1953          *
1954          * As for throughput, we ask bfq_better_to_idle() whether we
1955          * still need to plug I/O dispatching. If bfq_better_to_idle()
1956          * says no, then plugging is not needed any longer, either to
1957          * boost throughput or to perserve service guarantees. Then
1958          * the best option is to stop plugging I/O, as not doing so
1959          * would certainly lower throughput. We may end up in this
1960          * case if: (1) upon a dispatch attempt, we detected that it
1961          * was better to plug I/O dispatch, and to wait for a new
1962          * request to arrive for the currently in-service queue, but
1963          * (2) this switch of bfqq to busy changes the scenario.
1964          */
1965         if (bfqd->in_service_queue &&
1966             ((bfqq_wants_to_preempt &&
1967               bfqq->wr_coeff >= bfqd->in_service_queue->wr_coeff) ||
1968              bfq_bfqq_higher_class_or_weight(bfqq, bfqd->in_service_queue) ||
1969              !bfq_better_to_idle(bfqd->in_service_queue)) &&
1970             next_queue_may_preempt(bfqd))
1971                 bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqd->in_service_queue,
1972                                 false, BFQQE_PREEMPTED);
1973 }
1974
1975 static void bfq_reset_inject_limit(struct bfq_data *bfqd,
1976                                    struct bfq_queue *bfqq)
1977 {
1978         /* invalidate baseline total service time */
1979         bfqq->last_serv_time_ns = 0;
1980
1981         /*
1982          * Reset pointer in case we are waiting for
1983          * some request completion.
1984          */
1985         bfqd->waited_rq = NULL;
1986
1987         /*
1988          * If bfqq has a short think time, then start by setting the
1989          * inject limit to 0 prudentially, because the service time of
1990          * an injected I/O request may be higher than the think time
1991          * of bfqq, and therefore, if one request was injected when
1992          * bfqq remains empty, this injected request might delay the
1993          * service of the next I/O request for bfqq significantly. In
1994          * case bfqq can actually tolerate some injection, then the
1995          * adaptive update will however raise the limit soon. This
1996          * lucky circumstance holds exactly because bfqq has a short
1997          * think time, and thus, after remaining empty, is likely to
1998          * get new I/O enqueued---and then completed---before being
1999          * expired. This is the very pattern that gives the
2000          * limit-update algorithm the chance to measure the effect of
2001          * injection on request service times, and then to update the
2002          * limit accordingly.
2003          *
2004          * However, in the following special case, the inject limit is
2005          * left to 1 even if the think time is short: bfqq's I/O is
2006          * synchronized with that of some other queue, i.e., bfqq may
2007          * receive new I/O only after the I/O of the other queue is
2008          * completed. Keeping the inject limit to 1 allows the
2009          * blocking I/O to be served while bfqq is in service. And
2010          * this is very convenient both for bfqq and for overall
2011          * throughput, as explained in detail in the comments in
2012          * bfq_update_has_short_ttime().
2013          *
2014          * On the opposite end, if bfqq has a long think time, then
2015          * start directly by 1, because:
2016          * a) on the bright side, keeping at most one request in
2017          * service in the drive is unlikely to cause any harm to the
2018          * latency of bfqq's requests, as the service time of a single
2019          * request is likely to be lower than the think time of bfqq;
2020          * b) on the downside, after becoming empty, bfqq is likely to
2021          * expire before getting its next request. With this request
2022          * arrival pattern, it is very hard to sample total service
2023          * times and update the inject limit accordingly (see comments
2024          * on bfq_update_inject_limit()). So the limit is likely to be
2025          * never, or at least seldom, updated.  As a consequence, by
2026          * setting the limit to 1, we avoid that no injection ever
2027          * occurs with bfqq. On the downside, this proactive step
2028          * further reduces chances to actually compute the baseline
2029          * total service time. Thus it reduces chances to execute the
2030          * limit-update algorithm and possibly raise the limit to more
2031          * than 1.
2032          */
2033         if (bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq))
2034                 bfqq->inject_limit = 0;
2035         else
2036                 bfqq->inject_limit = 1;
2037
2038         bfqq->decrease_time_jif = jiffies;
2039 }
2040
2041 static void bfq_update_io_intensity(struct bfq_queue *bfqq, u64 now_ns)
2042 {
2043         u64 tot_io_time = now_ns - bfqq->io_start_time;
2044
2045         if (RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) && bfqq->dispatched == 0)
2046                 bfqq->tot_idle_time +=
2047                         now_ns - bfqq->ttime.last_end_request;
2048
2049         if (unlikely(bfq_bfqq_just_created(bfqq)))
2050                 return;
2051
2052         /*
2053          * Must be busy for at least about 80% of the time to be
2054          * considered I/O bound.
2055          */
2056         if (bfqq->tot_idle_time * 5 > tot_io_time)
2057                 bfq_clear_bfqq_IO_bound(bfqq);
2058         else
2059                 bfq_mark_bfqq_IO_bound(bfqq);
2060
2061         /*
2062          * Keep an observation window of at most 200 ms in the past
2063          * from now.
2064          */
2065         if (tot_io_time > 200 * NSEC_PER_MSEC) {
2066                 bfqq->io_start_time = now_ns - (tot_io_time>>1);
2067                 bfqq->tot_idle_time >>= 1;
2068         }
2069 }
2070
2071 /*
2072  * Detect whether bfqq's I/O seems synchronized with that of some
2073  * other queue, i.e., whether bfqq, after remaining empty, happens to
2074  * receive new I/O only right after some I/O request of the other
2075  * queue has been completed. We call waker queue the other queue, and
2076  * we assume, for simplicity, that bfqq may have at most one waker
2077  * queue.
2078  *
2079  * A remarkable throughput boost can be reached by unconditionally
2080  * injecting the I/O of the waker queue, every time a new
2081  * bfq_dispatch_request happens to be invoked while I/O is being
2082  * plugged for bfqq.  In addition to boosting throughput, this
2083  * unblocks bfqq's I/O, thereby improving bandwidth and latency for
2084  * bfqq. Note that these same results may be achieved with the general
2085  * injection mechanism, but less effectively. For details on this
2086  * aspect, see the comments on the choice of the queue for injection
2087  * in bfq_select_queue().
2088  *
2089  * Turning back to the detection of a waker queue, a queue Q is deemed as a
2090  * waker queue for bfqq if, for three consecutive times, bfqq happens to become
2091  * non empty right after a request of Q has been completed within given
2092  * timeout. In this respect, even if bfqq is empty, we do not check for a waker
2093  * if it still has some in-flight I/O. In fact, in this case bfqq is actually
2094  * still being served by the drive, and may receive new I/O on the completion
2095  * of some of the in-flight requests. In particular, on the first time, Q is
2096  * tentatively set as a candidate waker queue, while on the third consecutive
2097  * time that Q is detected, the field waker_bfqq is set to Q, to confirm that Q
2098  * is a waker queue for bfqq. These detection steps are performed only if bfqq
2099  * has a long think time, so as to make it more likely that bfqq's I/O is
2100  * actually being blocked by a synchronization. This last filter, plus the
2101  * above three-times requirement and time limit for detection, make false
2102  * positives less likely.
2103  *
2104  * NOTE
2105  *
2106  * The sooner a waker queue is detected, the sooner throughput can be
2107  * boosted by injecting I/O from the waker queue. Fortunately,
2108  * detection is likely to be actually fast, for the following
2109  * reasons. While blocked by synchronization, bfqq has a long think
2110  * time. This implies that bfqq's inject limit is at least equal to 1
2111  * (see the comments in bfq_update_inject_limit()). So, thanks to
2112  * injection, the waker queue is likely to be served during the very
2113  * first I/O-plugging time interval for bfqq. This triggers the first
2114  * step of the detection mechanism. Thanks again to injection, the
2115  * candidate waker queue is then likely to be confirmed no later than
2116  * during the next I/O-plugging interval for bfqq.
2117  *
2118  * ISSUE
2119  *
2120  * On queue merging all waker information is lost.
2121  */
2122 static void bfq_check_waker(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
2123                             u64 now_ns)
2124 {
2125         char waker_name[MAX_BFQQ_NAME_LENGTH];
2126
2127         if (!bfqd->last_completed_rq_bfqq ||
2128             bfqd->last_completed_rq_bfqq == bfqq ||
2129             bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq) ||
2130             bfqq->dispatched > 0 ||
2131             now_ns - bfqd->last_completion >= 4 * NSEC_PER_MSEC ||
2132             bfqd->last_completed_rq_bfqq == bfqq->waker_bfqq)
2133                 return;
2134
2135         /*
2136          * We reset waker detection logic also if too much time has passed
2137          * since the first detection. If wakeups are rare, pointless idling
2138          * doesn't hurt throughput that much. The condition below makes sure
2139          * we do not uselessly idle blocking waker in more than 1/64 cases. 
2140          */
2141         if (bfqd->last_completed_rq_bfqq !=
2142             bfqq->tentative_waker_bfqq ||
2143             now_ns > bfqq->waker_detection_started +
2144                                         128 * (u64)bfqd->bfq_slice_idle) {
2145                 /*
2146                  * First synchronization detected with a
2147                  * candidate waker queue, or with a different
2148                  * candidate waker queue from the current one.
2149                  */
2150                 bfqq->tentative_waker_bfqq =
2151                         bfqd->last_completed_rq_bfqq;
2152                 bfqq->num_waker_detections = 1;
2153                 bfqq->waker_detection_started = now_ns;
2154                 bfq_bfqq_name(bfqq->tentative_waker_bfqq, waker_name,
2155                               MAX_BFQQ_NAME_LENGTH);
2156                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "set tenative waker %s", waker_name);
2157         } else /* Same tentative waker queue detected again */
2158                 bfqq->num_waker_detections++;
2159
2160         if (bfqq->num_waker_detections == 3) {
2161                 bfqq->waker_bfqq = bfqd->last_completed_rq_bfqq;
2162                 bfqq->tentative_waker_bfqq = NULL;
2163                 bfq_bfqq_name(bfqq->waker_bfqq, waker_name,
2164                               MAX_BFQQ_NAME_LENGTH);
2165                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "set waker %s", waker_name);
2166
2167                 /*
2168                  * If the waker queue disappears, then
2169                  * bfqq->waker_bfqq must be reset. To
2170                  * this goal, we maintain in each
2171                  * waker queue a list, woken_list, of
2172                  * all the queues that reference the
2173                  * waker queue through their
2174                  * waker_bfqq pointer. When the waker
2175                  * queue exits, the waker_bfqq pointer
2176                  * of all the queues in the woken_list
2177                  * is reset.
2178                  *
2179                  * In addition, if bfqq is already in
2180                  * the woken_list of a waker queue,
2181                  * then, before being inserted into
2182                  * the woken_list of a new waker
2183                  * queue, bfqq must be removed from
2184                  * the woken_list of the old waker
2185                  * queue.
2186                  */
2187                 if (!hlist_unhashed(&bfqq->woken_list_node))
2188                         hlist_del_init(&bfqq->woken_list_node);
2189                 hlist_add_head(&bfqq->woken_list_node,
2190                                &bfqd->last_completed_rq_bfqq->woken_list);
2191         }
2192 }
2193
2194 static void bfq_add_request(struct request *rq)
2195 {
2196         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
2197         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
2198         struct request *next_rq, *prev;
2199         unsigned int old_wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
2200         bool interactive = false;
2201         u64 now_ns = ktime_get_ns();
2202
2203         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "add_request %d", rq_is_sync(rq));
2204         bfqq->queued[rq_is_sync(rq)]++;
2205         bfqd->queued++;
2206
2207         if (RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) && bfq_bfqq_sync(bfqq)) {
2208                 bfq_check_waker(bfqd, bfqq, now_ns);
2209
2210                 /*
2211                  * Periodically reset inject limit, to make sure that
2212                  * the latter eventually drops in case workload
2213                  * changes, see step (3) in the comments on
2214                  * bfq_update_inject_limit().
2215                  */
2216                 if (time_is_before_eq_jiffies(bfqq->decrease_time_jif +
2217                                              msecs_to_jiffies(1000)))
2218                         bfq_reset_inject_limit(bfqd, bfqq);
2219
2220                 /*
2221                  * The following conditions must hold to setup a new
2222                  * sampling of total service time, and then a new
2223                  * update of the inject limit:
2224                  * - bfqq is in service, because the total service
2225                  *   time is evaluated only for the I/O requests of
2226                  *   the queues in service;
2227                  * - this is the right occasion to compute or to
2228                  *   lower the baseline total service time, because
2229                  *   there are actually no requests in the drive,
2230                  *   or
2231                  *   the baseline total service time is available, and
2232                  *   this is the right occasion to compute the other
2233                  *   quantity needed to update the inject limit, i.e.,
2234                  *   the total service time caused by the amount of
2235                  *   injection allowed by the current value of the
2236                  *   limit. It is the right occasion because injection
2237                  *   has actually been performed during the service
2238                  *   hole, and there are still in-flight requests,
2239                  *   which are very likely to be exactly the injected
2240                  *   requests, or part of them;
2241                  * - the minimum interval for sampling the total
2242                  *   service time and updating the inject limit has
2243                  *   elapsed.
2244                  */
2245                 if (bfqq == bfqd->in_service_queue &&
2246                     (bfqd->rq_in_driver == 0 ||
2247                      (bfqq->last_serv_time_ns > 0 &&
2248                       bfqd->rqs_injected && bfqd->rq_in_driver > 0)) &&
2249                     time_is_before_eq_jiffies(bfqq->decrease_time_jif +
2250                                               msecs_to_jiffies(10))) {
2251                         bfqd->last_empty_occupied_ns = ktime_get_ns();
2252                         /*
2253                          * Start the state machine for measuring the
2254                          * total service time of rq: setting
2255                          * wait_dispatch will cause bfqd->waited_rq to
2256                          * be set when rq will be dispatched.
2257                          */
2258                         bfqd->wait_dispatch = true;
2259                         /*
2260                          * If there is no I/O in service in the drive,
2261                          * then possible injection occurred before the
2262                          * arrival of rq will not affect the total
2263                          * service time of rq. So the injection limit
2264                          * must not be updated as a function of such
2265                          * total service time, unless new injection
2266                          * occurs before rq is completed. To have the
2267                          * injection limit updated only in the latter
2268                          * case, reset rqs_injected here (rqs_injected
2269                          * will be set in case injection is performed
2270                          * on bfqq before rq is completed).
2271                          */
2272                         if (bfqd->rq_in_driver == 0)
2273                                 bfqd->rqs_injected = false;
2274                 }
2275         }
2276
2277         if (bfq_bfqq_sync(bfqq))
2278                 bfq_update_io_intensity(bfqq, now_ns);
2279
2280         elv_rb_add(&bfqq->sort_list, rq);
2281
2282         /*
2283          * Check if this request is a better next-serve candidate.
2284          */
2285         prev = bfqq->next_rq;
2286         next_rq = bfq_choose_req(bfqd, bfqq->next_rq, rq, bfqd->last_position);
2287         bfqq->next_rq = next_rq;
2288
2289         /*
2290          * Adjust priority tree position, if next_rq changes.
2291          * See comments on bfq_pos_tree_add_move() for the unlikely().
2292          */
2293         if (unlikely(!bfqd->nonrot_with_queueing && prev != bfqq->next_rq))
2294                 bfq_pos_tree_add_move(bfqd, bfqq);
2295
2296         if (!bfq_bfqq_busy(bfqq)) /* switching to busy ... */
2297                 bfq_bfqq_handle_idle_busy_switch(bfqd, bfqq, old_wr_coeff,
2298                                                  rq, &interactive);
2299         else {
2300                 if (bfqd->low_latency && old_wr_coeff == 1 && !rq_is_sync(rq) &&
2301                     time_is_before_jiffies(
2302                                 bfqq->last_wr_start_finish +
2303                                 bfqd->bfq_wr_min_inter_arr_async)) {
2304                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
2305                         bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
2306
2307                         bfqd->wr_busy_queues++;
2308                         bfqq->entity.prio_changed = 1;
2309                 }
2310                 if (prev != bfqq->next_rq)
2311                         bfq_updated_next_req(bfqd, bfqq);
2312         }
2313
2314         /*
2315          * Assign jiffies to last_wr_start_finish in the following
2316          * cases:
2317          *
2318          * . if bfqq is not going to be weight-raised, because, for
2319          *   non weight-raised queues, last_wr_start_finish stores the
2320          *   arrival time of the last request; as of now, this piece
2321          *   of information is used only for deciding whether to
2322          *   weight-raise async queues
2323          *
2324          * . if bfqq is not weight-raised, because, if bfqq is now
2325          *   switching to weight-raised, then last_wr_start_finish
2326          *   stores the time when weight-raising starts
2327          *
2328          * . if bfqq is interactive, because, regardless of whether
2329          *   bfqq is currently weight-raised, the weight-raising
2330          *   period must start or restart (this case is considered
2331          *   separately because it is not detected by the above
2332          *   conditions, if bfqq is already weight-raised)
2333          *
2334          * last_wr_start_finish has to be updated also if bfqq is soft
2335          * real-time, because the weight-raising period is constantly
2336          * restarted on idle-to-busy transitions for these queues, but
2337          * this is already done in bfq_bfqq_handle_idle_busy_switch if
2338          * needed.
2339          */
2340         if (bfqd->low_latency &&
2341                 (old_wr_coeff == 1 || bfqq->wr_coeff == 1 || interactive))
2342                 bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
2343 }
2344
2345 static struct request *bfq_find_rq_fmerge(struct bfq_data *bfqd,
2346                                           struct bio *bio,
2347                                           struct request_queue *q)
2348 {
2349         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->bio_bfqq;
2350
2351
2352         if (bfqq)
2353                 return elv_rb_find(&bfqq->sort_list, bio_end_sector(bio));
2354
2355         return NULL;
2356 }
2357
2358 static sector_t get_sdist(sector_t last_pos, struct request *rq)
2359 {
2360         if (last_pos)
2361                 return abs(blk_rq_pos(rq) - last_pos);
2362
2363         return 0;
2364 }
2365
2366 #if 0 /* Still not clear if we can do without next two functions */
2367 static void bfq_activate_request(struct request_queue *q, struct request *rq)
2368 {
2369         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
2370
2371         bfqd->rq_in_driver++;
2372 }
2373
2374 static void bfq_deactivate_request(struct request_queue *q, struct request *rq)
2375 {
2376         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
2377
2378         bfqd->rq_in_driver--;
2379 }
2380 #endif
2381
2382 static void bfq_remove_request(struct request_queue *q,
2383                                struct request *rq)
2384 {
2385         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
2386         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
2387         const int sync = rq_is_sync(rq);
2388
2389         if (bfqq->next_rq == rq) {
2390                 bfqq->next_rq = bfq_find_next_rq(bfqd, bfqq, rq);
2391                 bfq_updated_next_req(bfqd, bfqq);
2392         }
2393
2394         if (rq->queuelist.prev != &rq->queuelist)
2395                 list_del_init(&rq->queuelist);
2396         bfqq->queued[sync]--;
2397         bfqd->queued--;
2398         elv_rb_del(&bfqq->sort_list, rq);
2399
2400         elv_rqhash_del(q, rq);
2401         if (q->last_merge == rq)
2402                 q->last_merge = NULL;
2403
2404         if (RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list)) {
2405                 bfqq->next_rq = NULL;
2406
2407                 if (bfq_bfqq_busy(bfqq) && bfqq != bfqd->in_service_queue) {
2408                         bfq_del_bfqq_busy(bfqd, bfqq, false);
2409                         /*
2410                          * bfqq emptied. In normal operation, when
2411                          * bfqq is empty, bfqq->entity.service and
2412                          * bfqq->entity.budget must contain,
2413                          * respectively, the service received and the
2414                          * budget used last time bfqq emptied. These
2415                          * facts do not hold in this case, as at least
2416                          * this last removal occurred while bfqq is
2417                          * not in service. To avoid inconsistencies,
2418                          * reset both bfqq->entity.service and
2419                          * bfqq->entity.budget, if bfqq has still a
2420                          * process that may issue I/O requests to it.
2421                          */
2422                         bfqq->entity.budget = bfqq->entity.service = 0;
2423                 }
2424
2425                 /*
2426                  * Remove queue from request-position tree as it is empty.
2427                  */
2428                 if (bfqq->pos_root) {
2429                         rb_erase(&bfqq->pos_node, bfqq->pos_root);
2430                         bfqq->pos_root = NULL;
2431                 }
2432         } else {
2433                 /* see comments on bfq_pos_tree_add_move() for the unlikely() */
2434                 if (unlikely(!bfqd->nonrot_with_queueing))
2435                         bfq_pos_tree_add_move(bfqd, bfqq);
2436         }
2437
2438         if (rq->cmd_flags & REQ_META)
2439                 bfqq->meta_pending--;
2440
2441 }
2442
2443 static bool bfq_bio_merge(struct request_queue *q, struct bio *bio,
2444                 unsigned int nr_segs)
2445 {
2446         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
2447         struct request *free = NULL;
2448         /*
2449          * bfq_bic_lookup grabs the queue_lock: invoke it now and
2450          * store its return value for later use, to avoid nesting
2451          * queue_lock inside the bfqd->lock. We assume that the bic
2452          * returned by bfq_bic_lookup does not go away before
2453          * bfqd->lock is taken.
2454          */
2455         struct bfq_io_cq *bic = bfq_bic_lookup(q);
2456         bool ret;
2457
2458         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
2459
2460         if (bic)
2461                 bfqd->bio_bfqq = bic_to_bfqq(bic, op_is_sync(bio->bi_opf));
2462         else
2463                 bfqd->bio_bfqq = NULL;
2464         bfqd->bio_bic = bic;
2465
2466         ret = blk_mq_sched_try_merge(q, bio, nr_segs, &free);
2467
2468         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
2469         if (free)
2470                 blk_mq_free_request(free);
2471
2472         return ret;
2473 }
2474
2475 static int bfq_request_merge(struct request_queue *q, struct request **req,
2476                              struct bio *bio)
2477 {
2478         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
2479         struct request *__rq;
2480
2481         __rq = bfq_find_rq_fmerge(bfqd, bio, q);
2482         if (__rq && elv_bio_merge_ok(__rq, bio)) {
2483                 *req = __rq;
2484
2485                 if (blk_discard_mergable(__rq))
2486                         return ELEVATOR_DISCARD_MERGE;
2487                 return ELEVATOR_FRONT_MERGE;
2488         }
2489
2490         return ELEVATOR_NO_MERGE;
2491 }
2492
2493 static struct bfq_queue *bfq_init_rq(struct request *rq);
2494
2495 static void bfq_request_merged(struct request_queue *q, struct request *req,
2496                                enum elv_merge type)
2497 {
2498         if (type == ELEVATOR_FRONT_MERGE &&
2499             rb_prev(&req->rb_node) &&
2500             blk_rq_pos(req) <
2501             blk_rq_pos(container_of(rb_prev(&req->rb_node),
2502                                     struct request, rb_node))) {
2503                 struct bfq_queue *bfqq = bfq_init_rq(req);
2504                 struct bfq_data *bfqd;
2505                 struct request *prev, *next_rq;
2506
2507                 if (!bfqq)
2508                         return;
2509
2510                 bfqd = bfqq->bfqd;
2511
2512                 /* Reposition request in its sort_list */
2513                 elv_rb_del(&bfqq->sort_list, req);
2514                 elv_rb_add(&bfqq->sort_list, req);
2515
2516                 /* Choose next request to be served for bfqq */
2517                 prev = bfqq->next_rq;
2518                 next_rq = bfq_choose_req(bfqd, bfqq->next_rq, req,
2519                                          bfqd->last_position);
2520                 bfqq->next_rq = next_rq;
2521                 /*
2522                  * If next_rq changes, update both the queue's budget to
2523                  * fit the new request and the queue's position in its
2524                  * rq_pos_tree.
2525                  */
2526                 if (prev != bfqq->next_rq) {
2527                         bfq_updated_next_req(bfqd, bfqq);
2528                         /*
2529                          * See comments on bfq_pos_tree_add_move() for
2530                          * the unlikely().
2531                          */
2532                         if (unlikely(!bfqd->nonrot_with_queueing))
2533                                 bfq_pos_tree_add_move(bfqd, bfqq);
2534                 }
2535         }
2536 }
2537
2538 /*
2539  * This function is called to notify the scheduler that the requests
2540  * rq and 'next' have been merged, with 'next' going away.  BFQ
2541  * exploits this hook to address the following issue: if 'next' has a
2542  * fifo_time lower that rq, then the fifo_time of rq must be set to
2543  * the value of 'next', to not forget the greater age of 'next'.
2544  *
2545  * NOTE: in this function we assume that rq is in a bfq_queue, basing
2546  * on that rq is picked from the hash table q->elevator->hash, which,
2547  * in its turn, is filled only with I/O requests present in
2548  * bfq_queues, while BFQ is in use for the request queue q. In fact,
2549  * the function that fills this hash table (elv_rqhash_add) is called
2550  * only by bfq_insert_request.
2551  */
2552 static void bfq_requests_merged(struct request_queue *q, struct request *rq,
2553                                 struct request *next)
2554 {
2555         struct bfq_queue *bfqq = bfq_init_rq(rq),
2556                 *next_bfqq = bfq_init_rq(next);
2557
2558         if (!bfqq)
2559                 goto remove;
2560
2561         /*
2562          * If next and rq belong to the same bfq_queue and next is older
2563          * than rq, then reposition rq in the fifo (by substituting next
2564          * with rq). Otherwise, if next and rq belong to different
2565          * bfq_queues, never reposition rq: in fact, we would have to
2566          * reposition it with respect to next's position in its own fifo,
2567          * which would most certainly be too expensive with respect to
2568          * the benefits.
2569          */
2570         if (bfqq == next_bfqq &&
2571             !list_empty(&rq->queuelist) && !list_empty(&next->queuelist) &&
2572             next->fifo_time < rq->fifo_time) {
2573                 list_del_init(&rq->queuelist);
2574                 list_replace_init(&next->queuelist, &rq->queuelist);
2575                 rq->fifo_time = next->fifo_time;
2576         }
2577
2578         if (bfqq->next_rq == next)
2579                 bfqq->next_rq = rq;
2580
2581         bfqg_stats_update_io_merged(bfqq_group(bfqq), next->cmd_flags);
2582 remove:
2583         /* Merged request may be in the IO scheduler. Remove it. */
2584         if (!RB_EMPTY_NODE(&next->rb_node)) {
2585                 bfq_remove_request(next->q, next);
2586                 if (next_bfqq)
2587                         bfqg_stats_update_io_remove(bfqq_group(next_bfqq),
2588                                                     next->cmd_flags);
2589         }
2590 }
2591
2592 /* Must be called with bfqq != NULL */
2593 static void bfq_bfqq_end_wr(struct bfq_queue *bfqq)
2594 {
2595         /*
2596          * If bfqq has been enjoying interactive weight-raising, then
2597          * reset soft_rt_next_start. We do it for the following
2598          * reason. bfqq may have been conveying the I/O needed to load
2599          * a soft real-time application. Such an application actually
2600          * exhibits a soft real-time I/O pattern after it finishes
2601          * loading, and finally starts doing its job. But, if bfqq has
2602          * been receiving a lot of bandwidth so far (likely to happen
2603          * on a fast device), then soft_rt_next_start now contains a
2604          * high value that. So, without this reset, bfqq would be
2605          * prevented from being possibly considered as soft_rt for a
2606          * very long time.
2607          */
2608
2609         if (bfqq->wr_cur_max_time !=
2610             bfqq->bfqd->bfq_wr_rt_max_time)
2611                 bfqq->soft_rt_next_start = jiffies;
2612
2613         if (bfq_bfqq_busy(bfqq))
2614                 bfqq->bfqd->wr_busy_queues--;
2615         bfqq->wr_coeff = 1;
2616         bfqq->wr_cur_max_time = 0;
2617         bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
2618         /*
2619          * Trigger a weight change on the next invocation of
2620          * __bfq_entity_update_weight_prio.
2621          */
2622         bfqq->entity.prio_changed = 1;
2623 }
2624
2625 void bfq_end_wr_async_queues(struct bfq_data *bfqd,
2626                              struct bfq_group *bfqg)
2627 {
2628         int i, j;
2629
2630         for (i = 0; i < 2; i++)
2631                 for (j = 0; j < IOPRIO_NR_LEVELS; j++)
2632                         if (bfqg->async_bfqq[i][j])
2633                                 bfq_bfqq_end_wr(bfqg->async_bfqq[i][j]);
2634         if (bfqg->async_idle_bfqq)
2635                 bfq_bfqq_end_wr(bfqg->async_idle_bfqq);
2636 }
2637
2638 static void bfq_end_wr(struct bfq_data *bfqd)
2639 {
2640         struct bfq_queue *bfqq;
2641
2642         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
2643
2644         list_for_each_entry(bfqq, &bfqd->active_list, bfqq_list)
2645                 bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
2646         list_for_each_entry(bfqq, &bfqd->idle_list, bfqq_list)
2647                 bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
2648         bfq_end_wr_async(bfqd);
2649
2650         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
2651 }
2652
2653 static sector_t bfq_io_struct_pos(void *io_struct, bool request)
2654 {
2655         if (request)
2656                 return blk_rq_pos(io_struct);
2657         else
2658                 return ((struct bio *)io_struct)->bi_iter.bi_sector;
2659 }
2660
2661 static int bfq_rq_close_to_sector(void *io_struct, bool request,
2662                                   sector_t sector)
2663 {
2664         return abs(bfq_io_struct_pos(io_struct, request) - sector) <=
2665                BFQQ_CLOSE_THR;
2666 }
2667
2668 static struct bfq_queue *bfqq_find_close(struct bfq_data *bfqd,
2669                                          struct bfq_queue *bfqq,
2670                                          sector_t sector)
2671 {
2672         struct rb_root *root = &bfq_bfqq_to_bfqg(bfqq)->rq_pos_tree;
2673         struct rb_node *parent, *node;
2674         struct bfq_queue *__bfqq;
2675
2676         if (RB_EMPTY_ROOT(root))
2677                 return NULL;
2678
2679         /*
2680          * First, if we find a request starting at the end of the last
2681          * request, choose it.
2682          */
2683         __bfqq = bfq_rq_pos_tree_lookup(bfqd, root, sector, &parent, NULL);
2684         if (__bfqq)
2685                 return __bfqq;
2686
2687         /*
2688          * If the exact sector wasn't found, the parent of the NULL leaf
2689          * will contain the closest sector (rq_pos_tree sorted by
2690          * next_request position).
2691          */
2692         __bfqq = rb_entry(parent, struct bfq_queue, pos_node);
2693         if (bfq_rq_close_to_sector(__bfqq->next_rq, true, sector))
2694                 return __bfqq;
2695
2696         if (blk_rq_pos(__bfqq->next_rq) < sector)
2697                 node = rb_next(&__bfqq->pos_node);
2698         else
2699                 node = rb_prev(&__bfqq->pos_node);
2700         if (!node)
2701                 return NULL;
2702
2703         __bfqq = rb_entry(node, struct bfq_queue, pos_node);
2704         if (bfq_rq_close_to_sector(__bfqq->next_rq, true, sector))
2705                 return __bfqq;
2706
2707         return NULL;
2708 }
2709
2710 static struct bfq_queue *bfq_find_close_cooperator(struct bfq_data *bfqd,
2711                                                    struct bfq_queue *cur_bfqq,
2712                                                    sector_t sector)
2713 {
2714         struct bfq_queue *bfqq;
2715
2716         /*
2717          * We shall notice if some of the queues are cooperating,
2718          * e.g., working closely on the same area of the device. In
2719          * that case, we can group them together and: 1) don't waste
2720          * time idling, and 2) serve the union of their requests in
2721          * the best possible order for throughput.
2722          */
2723         bfqq = bfqq_find_close(bfqd, cur_bfqq, sector);
2724         if (!bfqq || bfqq == cur_bfqq)
2725                 return NULL;
2726
2727         return bfqq;
2728 }
2729
2730 static struct bfq_queue *
2731 bfq_setup_merge(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_queue *new_bfqq)
2732 {
2733         int process_refs, new_process_refs;
2734         struct bfq_queue *__bfqq;
2735
2736         /*
2737          * If there are no process references on the new_bfqq, then it is
2738          * unsafe to follow the ->new_bfqq chain as other bfqq's in the chain
2739          * may have dropped their last reference (not just their last process
2740          * reference).
2741          */
2742         if (!bfqq_process_refs(new_bfqq))
2743                 return NULL;
2744
2745         /* Avoid a circular list and skip interim queue merges. */
2746         while ((__bfqq = new_bfqq->new_bfqq)) {
2747                 if (__bfqq == bfqq)
2748                         return NULL;
2749                 new_bfqq = __bfqq;
2750         }
2751
2752         process_refs = bfqq_process_refs(bfqq);
2753         new_process_refs = bfqq_process_refs(new_bfqq);
2754         /*
2755          * If the process for the bfqq has gone away, there is no
2756          * sense in merging the queues.
2757          */
2758         if (process_refs == 0 || new_process_refs == 0)
2759                 return NULL;
2760
2761         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "scheduling merge with queue %d",
2762                 new_bfqq->pid);
2763
2764         /*
2765          * Merging is just a redirection: the requests of the process
2766          * owning one of the two queues are redirected to the other queue.
2767          * The latter queue, in its turn, is set as shared if this is the
2768          * first time that the requests of some process are redirected to
2769          * it.
2770          *
2771          * We redirect bfqq to new_bfqq and not the opposite, because
2772          * we are in the context of the process owning bfqq, thus we
2773          * have the io_cq of this process. So we can immediately
2774          * configure this io_cq to redirect the requests of the
2775          * process to new_bfqq. In contrast, the io_cq of new_bfqq is
2776          * not available any more (new_bfqq->bic == NULL).
2777          *
2778          * Anyway, even in case new_bfqq coincides with the in-service
2779          * queue, redirecting requests the in-service queue is the
2780          * best option, as we feed the in-service queue with new
2781          * requests close to the last request served and, by doing so,
2782          * are likely to increase the throughput.
2783          */
2784         bfqq->new_bfqq = new_bfqq;
2785         new_bfqq->ref += process_refs;
2786         return new_bfqq;
2787 }
2788
2789 static bool bfq_may_be_close_cooperator(struct bfq_queue *bfqq,
2790                                         struct bfq_queue *new_bfqq)
2791 {
2792         if (bfq_too_late_for_merging(new_bfqq))
2793                 return false;
2794
2795         if (bfq_class_idle(bfqq) || bfq_class_idle(new_bfqq) ||
2796             (bfqq->ioprio_class != new_bfqq->ioprio_class))
2797                 return false;
2798
2799         /*
2800          * If either of the queues has already been detected as seeky,
2801          * then merging it with the other queue is unlikely to lead to
2802          * sequential I/O.
2803          */
2804         if (BFQQ_SEEKY(bfqq) || BFQQ_SEEKY(new_bfqq))
2805                 return false;
2806
2807         /*
2808          * Interleaved I/O is known to be done by (some) applications
2809          * only for reads, so it does not make sense to merge async
2810          * queues.
2811          */
2812         if (!bfq_bfqq_sync(bfqq) || !bfq_bfqq_sync(new_bfqq))
2813                 return false;
2814
2815         return true;
2816 }
2817
2818 static bool idling_boosts_thr_without_issues(struct bfq_data *bfqd,
2819                                              struct bfq_queue *bfqq);
2820
2821 /*
2822  * Attempt to schedule a merge of bfqq with the currently in-service
2823  * queue or with a close queue among the scheduled queues.  Return
2824  * NULL if no merge was scheduled, a pointer to the shared bfq_queue
2825  * structure otherwise.
2826  *
2827  * The OOM queue is not allowed to participate to cooperation: in fact, since
2828  * the requests temporarily redirected to the OOM queue could be redirected
2829  * again to dedicated queues at any time, the state needed to correctly
2830  * handle merging with the OOM queue would be quite complex and expensive
2831  * to maintain. Besides, in such a critical condition as an out of memory,
2832  * the benefits of queue merging may be little relevant, or even negligible.
2833  *
2834  * WARNING: queue merging may impair fairness among non-weight raised
2835  * queues, for at least two reasons: 1) the original weight of a
2836  * merged queue may change during the merged state, 2) even being the
2837  * weight the same, a merged queue may be bloated with many more
2838  * requests than the ones produced by its originally-associated
2839  * process.
2840  */
2841 static struct bfq_queue *
2842 bfq_setup_cooperator(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
2843                      void *io_struct, bool request, struct bfq_io_cq *bic)
2844 {
2845         struct bfq_queue *in_service_bfqq, *new_bfqq;
2846
2847         /*
2848          * Check delayed stable merge for rotational or non-queueing
2849          * devs. For this branch to be executed, bfqq must not be
2850          * currently merged with some other queue (i.e., bfqq->bic
2851          * must be non null). If we considered also merged queues,
2852          * then we should also check whether bfqq has already been
2853          * merged with bic->stable_merge_bfqq. But this would be
2854          * costly and complicated.
2855          */
2856         if (unlikely(!bfqd->nonrot_with_queueing)) {
2857                 /*
2858                  * Make sure also that bfqq is sync, because
2859                  * bic->stable_merge_bfqq may point to some queue (for
2860                  * stable merging) also if bic is associated with a
2861                  * sync queue, but this bfqq is async
2862                  */
2863                 if (bfq_bfqq_sync(bfqq) && bic->stable_merge_bfqq &&
2864                     !bfq_bfqq_just_created(bfqq) &&
2865                     time_is_before_jiffies(bfqq->split_time +
2866                                           msecs_to_jiffies(bfq_late_stable_merging)) &&
2867                     time_is_before_jiffies(bfqq->creation_time +
2868                                            msecs_to_jiffies(bfq_late_stable_merging))) {
2869                         struct bfq_queue *stable_merge_bfqq =
2870                                 bic->stable_merge_bfqq;
2871                         int proc_ref = min(bfqq_process_refs(bfqq),
2872                                            bfqq_process_refs(stable_merge_bfqq));
2873
2874                         /* deschedule stable merge, because done or aborted here */
2875                         bfq_put_stable_ref(stable_merge_bfqq);
2876
2877                         bic->stable_merge_bfqq = NULL;
2878
2879                         if (!idling_boosts_thr_without_issues(bfqd, bfqq) &&
2880                             proc_ref > 0) {
2881                                 /* next function will take at least one ref */
2882                                 struct bfq_queue *new_bfqq =
2883                                         bfq_setup_merge(bfqq, stable_merge_bfqq);
2884
2885                                 bic->stably_merged = true;
2886                                 if (new_bfqq && new_bfqq->bic)
2887                                         new_bfqq->bic->stably_merged = true;
2888                                 return new_bfqq;
2889                         } else
2890                                 return NULL;
2891                 }
2892         }
2893
2894         /*
2895          * Do not perform queue merging if the device is non
2896          * rotational and performs internal queueing. In fact, such a
2897          * device reaches a high speed through internal parallelism
2898          * and pipelining. This means that, to reach a high
2899          * throughput, it must have many requests enqueued at the same
2900          * time. But, in this configuration, the internal scheduling
2901          * algorithm of the device does exactly the job of queue
2902          * merging: it reorders requests so as to obtain as much as
2903          * possible a sequential I/O pattern. As a consequence, with
2904          * the workload generated by processes doing interleaved I/O,
2905          * the throughput reached by the device is likely to be the
2906          * same, with and without queue merging.
2907          *
2908          * Disabling merging also provides a remarkable benefit in
2909          * terms of throughput. Merging tends to make many workloads
2910          * artificially more uneven, because of shared queues
2911          * remaining non empty for incomparably more time than
2912          * non-merged queues. This may accentuate workload
2913          * asymmetries. For example, if one of the queues in a set of
2914          * merged queues has a higher weight than a normal queue, then
2915          * the shared queue may inherit such a high weight and, by
2916          * staying almost always active, may force BFQ to perform I/O
2917          * plugging most of the time. This evidently makes it harder
2918          * for BFQ to let the device reach a high throughput.
2919          *
2920          * Finally, the likely() macro below is not used because one
2921          * of the two branches is more likely than the other, but to
2922          * have the code path after the following if() executed as
2923          * fast as possible for the case of a non rotational device
2924          * with queueing. We want it because this is the fastest kind
2925          * of device. On the opposite end, the likely() may lengthen
2926          * the execution time of BFQ for the case of slower devices
2927          * (rotational or at least without queueing). But in this case
2928          * the execution time of BFQ matters very little, if not at
2929          * all.
2930          */
2931         if (likely(bfqd->nonrot_with_queueing))
2932                 return NULL;
2933
2934         /*
2935          * Prevent bfqq from being merged if it has been created too
2936          * long ago. The idea is that true cooperating processes, and
2937          * thus their associated bfq_queues, are supposed to be
2938          * created shortly after each other. This is the case, e.g.,
2939          * for KVM/QEMU and dump I/O threads. Basing on this
2940          * assumption, the following filtering greatly reduces the
2941          * probability that two non-cooperating processes, which just
2942          * happen to do close I/O for some short time interval, have
2943          * their queues merged by mistake.
2944          */
2945         if (bfq_too_late_for_merging(bfqq))
2946                 return NULL;
2947
2948         if (bfqq->new_bfqq)
2949                 return bfqq->new_bfqq;
2950
2951         if (!io_struct || unlikely(bfqq == &bfqd->oom_bfqq))
2952                 return NULL;
2953
2954         /* If there is only one backlogged queue, don't search. */
2955         if (bfq_tot_busy_queues(bfqd) == 1)
2956                 return NULL;
2957
2958         in_service_bfqq = bfqd->in_service_queue;
2959
2960         if (in_service_bfqq && in_service_bfqq != bfqq &&
2961             likely(in_service_bfqq != &bfqd->oom_bfqq) &&
2962             bfq_rq_close_to_sector(io_struct, request,
2963                                    bfqd->in_serv_last_pos) &&
2964             bfqq->entity.parent == in_service_bfqq->entity.parent &&
2965             bfq_may_be_close_cooperator(bfqq, in_service_bfqq)) {
2966                 new_bfqq = bfq_setup_merge(bfqq, in_service_bfqq);
2967                 if (new_bfqq)
2968                         return new_bfqq;
2969         }
2970         /*
2971          * Check whether there is a cooperator among currently scheduled
2972          * queues. The only thing we need is that the bio/request is not
2973          * NULL, as we need it to establish whether a cooperator exists.
2974          */
2975         new_bfqq = bfq_find_close_cooperator(bfqd, bfqq,
2976                         bfq_io_struct_pos(io_struct, request));
2977
2978         if (new_bfqq && likely(new_bfqq != &bfqd->oom_bfqq) &&
2979             bfq_may_be_close_cooperator(bfqq, new_bfqq))
2980                 return bfq_setup_merge(bfqq, new_bfqq);
2981
2982         return NULL;
2983 }
2984
2985 static void bfq_bfqq_save_state(struct bfq_queue *bfqq)
2986 {
2987         struct bfq_io_cq *bic = bfqq->bic;
2988
2989         /*
2990          * If !bfqq->bic, the queue is already shared or its requests
2991          * have already been redirected to a shared queue; both idle window
2992          * and weight raising state have already been saved. Do nothing.
2993          */
2994         if (!bic)
2995                 return;
2996
2997         bic->saved_last_serv_time_ns = bfqq->last_serv_time_ns;
2998         bic->saved_inject_limit = bfqq->inject_limit;
2999         bic->saved_decrease_time_jif = bfqq->decrease_time_jif;
3000
3001         bic->saved_weight = bfqq->entity.orig_weight;
3002         bic->saved_ttime = bfqq->ttime;
3003         bic->saved_has_short_ttime = bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
3004         bic->saved_IO_bound = bfq_bfqq_IO_bound(bfqq);
3005         bic->saved_io_start_time = bfqq->io_start_time;
3006         bic->saved_tot_idle_time = bfqq->tot_idle_time;
3007         bic->saved_in_large_burst = bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq);
3008         bic->was_in_burst_list = !hlist_unhashed(&bfqq->burst_list_node);
3009         if (unlikely(bfq_bfqq_just_created(bfqq) &&
3010                      !bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq) &&
3011                      bfqq->bfqd->low_latency)) {
3012                 /*
3013                  * bfqq being merged right after being created: bfqq
3014                  * would have deserved interactive weight raising, but
3015                  * did not make it to be set in a weight-raised state,
3016                  * because of this early merge. Store directly the
3017                  * weight-raising state that would have been assigned
3018                  * to bfqq, so that to avoid that bfqq unjustly fails
3019                  * to enjoy weight raising if split soon.
3020                  */
3021                 bic->saved_wr_coeff = bfqq->bfqd->bfq_wr_coeff;
3022                 bic->saved_wr_start_at_switch_to_srt = bfq_smallest_from_now();
3023                 bic->saved_wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqq->bfqd);
3024                 bic->saved_last_wr_start_finish = jiffies;
3025         } else {
3026                 bic->saved_wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
3027                 bic->saved_wr_start_at_switch_to_srt =
3028                         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt;
3029                 bic->saved_service_from_wr = bfqq->service_from_wr;
3030                 bic->saved_last_wr_start_finish = bfqq->last_wr_start_finish;
3031                 bic->saved_wr_cur_max_time = bfqq->wr_cur_max_time;
3032         }
3033 }
3034
3035
3036 static void
3037 bfq_reassign_last_bfqq(struct bfq_queue *cur_bfqq, struct bfq_queue *new_bfqq)
3038 {
3039         if (cur_bfqq->entity.parent &&
3040             cur_bfqq->entity.parent->last_bfqq_created == cur_bfqq)
3041                 cur_bfqq->entity.parent->last_bfqq_created = new_bfqq;
3042         else if (cur_bfqq->bfqd && cur_bfqq->bfqd->last_bfqq_created == cur_bfqq)
3043                 cur_bfqq->bfqd->last_bfqq_created = new_bfqq;
3044 }
3045
3046 void bfq_release_process_ref(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
3047 {
3048         /*
3049          * To prevent bfqq's service guarantees from being violated,
3050          * bfqq may be left busy, i.e., queued for service, even if
3051          * empty (see comments in __bfq_bfqq_expire() for
3052          * details). But, if no process will send requests to bfqq any
3053          * longer, then there is no point in keeping bfqq queued for
3054          * service. In addition, keeping bfqq queued for service, but
3055          * with no process ref any longer, may have caused bfqq to be
3056          * freed when dequeued from service. But this is assumed to
3057          * never happen.
3058          */
3059         if (bfq_bfqq_busy(bfqq) && RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) &&
3060             bfqq != bfqd->in_service_queue)
3061                 bfq_del_bfqq_busy(bfqd, bfqq, false);
3062
3063         bfq_reassign_last_bfqq(bfqq, NULL);
3064
3065         bfq_put_queue(bfqq);
3066 }
3067
3068 static void
3069 bfq_merge_bfqqs(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_io_cq *bic,
3070                 struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_queue *new_bfqq)
3071 {
3072         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "merging with queue %lu",
3073                 (unsigned long)new_bfqq->pid);
3074         /* Save weight raising and idle window of the merged queues */
3075         bfq_bfqq_save_state(bfqq);
3076         bfq_bfqq_save_state(new_bfqq);
3077         if (bfq_bfqq_IO_bound(bfqq))
3078                 bfq_mark_bfqq_IO_bound(new_bfqq);
3079         bfq_clear_bfqq_IO_bound(bfqq);
3080
3081         /*
3082          * The processes associated with bfqq are cooperators of the
3083          * processes associated with new_bfqq. So, if bfqq has a
3084          * waker, then assume that all these processes will be happy
3085          * to let bfqq's waker freely inject I/O when they have no
3086          * I/O.
3087          */
3088         if (bfqq->waker_bfqq && !new_bfqq->waker_bfqq &&
3089             bfqq->waker_bfqq != new_bfqq) {
3090                 new_bfqq->waker_bfqq = bfqq->waker_bfqq;
3091                 new_bfqq->tentative_waker_bfqq = NULL;
3092
3093                 /*
3094                  * If the waker queue disappears, then
3095                  * new_bfqq->waker_bfqq must be reset. So insert
3096                  * new_bfqq into the woken_list of the waker. See
3097                  * bfq_check_waker for details.
3098                  */
3099                 hlist_add_head(&new_bfqq->woken_list_node,
3100                                &new_bfqq->waker_bfqq->woken_list);
3101
3102         }
3103
3104         /*
3105          * If bfqq is weight-raised, then let new_bfqq inherit
3106          * weight-raising. To reduce false positives, neglect the case
3107          * where bfqq has just been created, but has not yet made it
3108          * to be weight-raised (which may happen because EQM may merge
3109          * bfqq even before bfq_add_request is executed for the first
3110          * time for bfqq). Handling this case would however be very
3111          * easy, thanks to the flag just_created.
3112          */
3113         if (new_bfqq->wr_coeff == 1 && bfqq->wr_coeff > 1) {
3114                 new_bfqq->wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
3115                 new_bfqq->wr_cur_max_time = bfqq->wr_cur_max_time;
3116                 new_bfqq->last_wr_start_finish = bfqq->last_wr_start_finish;
3117                 new_bfqq->wr_start_at_switch_to_srt =
3118                         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt;
3119                 if (bfq_bfqq_busy(new_bfqq))
3120                         bfqd->wr_busy_queues++;
3121                 new_bfqq->entity.prio_changed = 1;
3122         }
3123
3124         if (bfqq->wr_coeff > 1) { /* bfqq has given its wr to new_bfqq */
3125                 bfqq->wr_coeff = 1;
3126                 bfqq->entity.prio_changed = 1;
3127                 if (bfq_bfqq_busy(bfqq))
3128                         bfqd->wr_busy_queues--;
3129         }
3130
3131         bfq_log_bfqq(bfqd, new_bfqq, "merge_bfqqs: wr_busy %d",
3132                      bfqd->wr_busy_queues);
3133
3134         /*
3135          * Merge queues (that is, let bic redirect its requests to new_bfqq)
3136          */
3137         bic_set_bfqq(bic, new_bfqq, 1);
3138         bfq_mark_bfqq_coop(new_bfqq);
3139         /*
3140          * new_bfqq now belongs to at least two bics (it is a shared queue):
3141          * set new_bfqq->bic to NULL. bfqq either:
3142          * - does not belong to any bic any more, and hence bfqq->bic must
3143          *   be set to NULL, or
3144          * - is a queue whose owning bics have already been redirected to a
3145          *   different queue, hence the queue is destined to not belong to
3146          *   any bic soon and bfqq->bic is already NULL (therefore the next
3147          *   assignment causes no harm).
3148          */
3149         new_bfqq->bic = NULL;
3150         /*
3151          * If the queue is shared, the pid is the pid of one of the associated
3152          * processes. Which pid depends on the exact sequence of merge events
3153          * the queue underwent. So printing such a pid is useless and confusing
3154          * because it reports a random pid between those of the associated
3155          * processes.
3156          * We mark such a queue with a pid -1, and then print SHARED instead of
3157          * a pid in logging messages.
3158          */
3159         new_bfqq->pid = -1;
3160         bfqq->bic = NULL;
3161
3162         bfq_reassign_last_bfqq(bfqq, new_bfqq);
3163
3164         bfq_release_process_ref(bfqd, bfqq);
3165 }
3166
3167 static bool bfq_allow_bio_merge(struct request_queue *q, struct request *rq,
3168                                 struct bio *bio)
3169 {
3170         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
3171         bool is_sync = op_is_sync(bio->bi_opf);
3172         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->bio_bfqq, *new_bfqq;
3173
3174         /*
3175          * Disallow merge of a sync bio into an async request.
3176          */
3177         if (is_sync && !rq_is_sync(rq))
3178                 return false;
3179
3180         /*
3181          * Lookup the bfqq that this bio will be queued with. Allow
3182          * merge only if rq is queued there.
3183          */
3184         if (!bfqq)
3185                 return false;
3186
3187         /*
3188          * We take advantage of this function to perform an early merge
3189          * of the queues of possible cooperating processes.
3190          */
3191         new_bfqq = bfq_setup_cooperator(bfqd, bfqq, bio, false, bfqd->bio_bic);
3192         if (new_bfqq) {
3193                 /*
3194                  * bic still points to bfqq, then it has not yet been
3195                  * redirected to some other bfq_queue, and a queue
3196                  * merge between bfqq and new_bfqq can be safely
3197                  * fulfilled, i.e., bic can be redirected to new_bfqq
3198                  * and bfqq can be put.
3199                  */
3200                 bfq_merge_bfqqs(bfqd, bfqd->bio_bic, bfqq,
3201                                 new_bfqq);
3202                 /*
3203                  * If we get here, bio will be queued into new_queue,
3204                  * so use new_bfqq to decide whether bio and rq can be
3205                  * merged.
3206                  */
3207                 bfqq = new_bfqq;
3208
3209                 /*
3210                  * Change also bqfd->bio_bfqq, as
3211                  * bfqd->bio_bic now points to new_bfqq, and
3212                  * this function may be invoked again (and then may
3213                  * use again bqfd->bio_bfqq).
3214                  */
3215                 bfqd->bio_bfqq = bfqq;
3216         }
3217
3218         return bfqq == RQ_BFQQ(rq);
3219 }
3220
3221 /*
3222  * Set the maximum time for the in-service queue to consume its
3223  * budget. This prevents seeky processes from lowering the throughput.
3224  * In practice, a time-slice service scheme is used with seeky
3225  * processes.
3226  */
3227 static void bfq_set_budget_timeout(struct bfq_data *bfqd,
3228                                    struct bfq_queue *bfqq)
3229 {
3230         unsigned int timeout_coeff;
3231
3232         if (bfqq->wr_cur_max_time == bfqd->bfq_wr_rt_max_time)
3233                 timeout_coeff = 1;
3234         else
3235                 timeout_coeff = bfqq->entity.weight / bfqq->entity.orig_weight;
3236
3237         bfqd->last_budget_start = ktime_get();
3238
3239         bfqq->budget_timeout = jiffies +
3240                 bfqd->bfq_timeout * timeout_coeff;
3241 }
3242
3243 static void __bfq_set_in_service_queue(struct bfq_data *bfqd,
3244                                        struct bfq_queue *bfqq)
3245 {
3246         if (bfqq) {
3247                 bfq_clear_bfqq_fifo_expire(bfqq);
3248
3249                 bfqd->budgets_assigned = (bfqd->budgets_assigned * 7 + 256) / 8;
3250
3251                 if (time_is_before_jiffies(bfqq->last_wr_start_finish) &&
3252                     bfqq->wr_coeff > 1 &&
3253                     bfqq->wr_cur_max_time == bfqd->bfq_wr_rt_max_time &&
3254                     time_is_before_jiffies(bfqq->budget_timeout)) {
3255                         /*
3256                          * For soft real-time queues, move the start
3257                          * of the weight-raising period forward by the
3258                          * time the queue has not received any
3259                          * service. Otherwise, a relatively long
3260                          * service delay is likely to cause the
3261                          * weight-raising period of the queue to end,
3262                          * because of the short duration of the
3263                          * weight-raising period of a soft real-time
3264                          * queue.  It is worth noting that this move
3265                          * is not so dangerous for the other queues,
3266                          * because soft real-time queues are not
3267                          * greedy.
3268                          *
3269                          * To not add a further variable, we use the
3270                          * overloaded field budget_timeout to
3271                          * determine for how long the queue has not
3272                          * received service, i.e., how much time has
3273                          * elapsed since the queue expired. However,
3274                          * this is a little imprecise, because
3275                          * budget_timeout is set to jiffies if bfqq
3276                          * not only expires, but also remains with no
3277                          * request.
3278                          */
3279                         if (time_after(bfqq->budget_timeout,
3280                                        bfqq->last_wr_start_finish))
3281                                 bfqq->last_wr_start_finish +=
3282                                         jiffies - bfqq->budget_timeout;
3283                         else
3284                                 bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
3285                 }
3286
3287                 bfq_set_budget_timeout(bfqd, bfqq);
3288                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq,
3289                              "set_in_service_queue, cur-budget = %d",
3290                              bfqq->entity.budget);
3291         }
3292
3293         bfqd->in_service_queue = bfqq;
3294         bfqd->in_serv_last_pos = 0;
3295 }
3296
3297 /*
3298  * Get and set a new queue for service.
3299  */
3300 static struct bfq_queue *bfq_set_in_service_queue(struct bfq_data *bfqd)
3301 {
3302         struct bfq_queue *bfqq = bfq_get_next_queue(bfqd);
3303
3304         __bfq_set_in_service_queue(bfqd, bfqq);
3305         return bfqq;
3306 }
3307
3308 static void bfq_arm_slice_timer(struct bfq_data *bfqd)
3309 {
3310         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->in_service_queue;
3311         u32 sl;
3312
3313         bfq_mark_bfqq_wait_request(bfqq);
3314
3315         /*
3316          * We don't want to idle for seeks, but we do want to allow
3317          * fair distribution of slice time for a process doing back-to-back
3318          * seeks. So allow a little bit of time for him to submit a new rq.
3319          */
3320         sl = bfqd->bfq_slice_idle;
3321         /*
3322          * Unless the queue is being weight-raised or the scenario is
3323          * asymmetric, grant only minimum idle time if the queue
3324          * is seeky. A long idling is preserved for a weight-raised
3325          * queue, or, more in general, in an asymmetric scenario,
3326          * because a long idling is needed for guaranteeing to a queue
3327          * its reserved share of the throughput (in particular, it is
3328          * needed if the queue has a higher weight than some other
3329          * queue).
3330          */
3331         if (BFQQ_SEEKY(bfqq) && bfqq->wr_coeff == 1 &&
3332             !bfq_asymmetric_scenario(bfqd, bfqq))
3333                 sl = min_t(u64, sl, BFQ_MIN_TT);
3334         else if (bfqq->wr_coeff > 1)
3335                 sl = max_t(u32, sl, 20ULL * NSEC_PER_MSEC);
3336
3337         bfqd->last_idling_start = ktime_get();
3338         bfqd->last_idling_start_jiffies = jiffies;
3339
3340         hrtimer_start(&bfqd->idle_slice_timer, ns_to_ktime(sl),
3341                       HRTIMER_MODE_REL);
3342         bfqg_stats_set_start_idle_time(bfqq_group(bfqq));
3343 }
3344
3345 /*
3346  * In autotuning mode, max_budget is dynamically recomputed as the
3347  * amount of sectors transferred in timeout at the estimated peak
3348  * rate. This enables BFQ to utilize a full timeslice with a full
3349  * budget, even if the in-service queue is served at peak rate. And
3350  * this maximises throughput with sequential workloads.
3351  */
3352 static unsigned long bfq_calc_max_budget(struct bfq_data *bfqd)
3353 {
3354         return (u64)bfqd->peak_rate * USEC_PER_MSEC *
3355                 jiffies_to_msecs(bfqd->bfq_timeout)>>BFQ_RATE_SHIFT;
3356 }
3357
3358 /*
3359  * Update parameters related to throughput and responsiveness, as a
3360  * function of the estimated peak rate. See comments on
3361  * bfq_calc_max_budget(), and on the ref_wr_duration array.
3362  */
3363 static void update_thr_responsiveness_params(struct bfq_data *bfqd)
3364 {
3365         if (bfqd->bfq_user_max_budget == 0) {
3366                 bfqd->bfq_max_budget =
3367                         bfq_calc_max_budget(bfqd);
3368                 bfq_log(bfqd, "new max_budget = %d", bfqd->bfq_max_budget);
3369         }
3370 }
3371
3372 static void bfq_reset_rate_computation(struct bfq_data *bfqd,
3373                                        struct request *rq)
3374 {
3375         if (rq != NULL) { /* new rq dispatch now, reset accordingly */
3376                 bfqd->last_dispatch = bfqd->first_dispatch = ktime_get_ns();
3377                 bfqd->peak_rate_samples = 1;
3378                 bfqd->sequential_samples = 0;
3379                 bfqd->tot_sectors_dispatched = bfqd->last_rq_max_size =
3380                         blk_rq_sectors(rq);
3381         } else /* no new rq dispatched, just reset the number of samples */
3382                 bfqd->peak_rate_samples = 0; /* full re-init on next disp. */
3383
3384         bfq_log(bfqd,
3385                 "reset_rate_computation at end, sample %u/%u tot_sects %llu",
3386                 bfqd->peak_rate_samples, bfqd->sequential_samples,
3387                 bfqd->tot_sectors_dispatched);
3388 }
3389
3390 static void bfq_update_rate_reset(struct bfq_data *bfqd, struct request *rq)
3391 {
3392         u32 rate, weight, divisor;
3393
3394         /*
3395          * For the convergence property to hold (see comments on
3396          * bfq_update_peak_rate()) and for the assessment to be
3397          * reliable, a minimum number of samples must be present, and
3398          * a minimum amount of time must have elapsed. If not so, do
3399          * not compute new rate. Just reset parameters, to get ready
3400          * for a new evaluation attempt.
3401          */
3402         if (bfqd->peak_rate_samples < BFQ_RATE_MIN_SAMPLES ||
3403             bfqd->delta_from_first < BFQ_RATE_MIN_INTERVAL)
3404                 goto reset_computation;
3405
3406         /*
3407          * If a new request completion has occurred after last
3408          * dispatch, then, to approximate the rate at which requests
3409          * have been served by the device, it is more precise to
3410          * extend the observation interval to the last completion.
3411          */
3412         bfqd->delta_from_first =
3413                 max_t(u64, bfqd->delta_from_first,
3414                       bfqd->last_completion - bfqd->first_dispatch);
3415
3416         /*
3417          * Rate computed in sects/usec, and not sects/nsec, for
3418          * precision issues.
3419          */
3420         rate = div64_ul(bfqd->tot_sectors_dispatched<<BFQ_RATE_SHIFT,
3421                         div_u64(bfqd->delta_from_first, NSEC_PER_USEC));
3422
3423         /*
3424          * Peak rate not updated if:
3425          * - the percentage of sequential dispatches is below 3/4 of the
3426          *   total, and rate is below the current estimated peak rate
3427          * - rate is unreasonably high (> 20M sectors/sec)
3428          */
3429         if ((bfqd->sequential_samples < (3 * bfqd->peak_rate_samples)>>2 &&
3430              rate <= bfqd->peak_rate) ||
3431                 rate > 20<<BFQ_RATE_SHIFT)
3432                 goto reset_computation;
3433
3434         /*
3435          * We have to update the peak rate, at last! To this purpose,
3436          * we use a low-pass filter. We compute the smoothing constant
3437          * of the filter as a function of the 'weight' of the new
3438          * measured rate.
3439          *
3440          * As can be seen in next formulas, we define this weight as a
3441          * quantity proportional to how sequential the workload is,
3442          * and to how long the observation time interval is.
3443          *
3444          * The weight runs from 0 to 8. The maximum value of the
3445          * weight, 8, yields the minimum value for the smoothing
3446          * constant. At this minimum value for the smoothing constant,
3447          * the measured rate contributes for half of the next value of
3448          * the estimated peak rate.
3449          *
3450          * So, the first step is to compute the weight as a function
3451          * of how sequential the workload is. Note that the weight
3452          * cannot reach 9, because bfqd->sequential_samples cannot
3453          * become equal to bfqd->peak_rate_samples, which, in its
3454          * turn, holds true because bfqd->sequential_samples is not
3455          * incremented for the first sample.
3456          */
3457         weight = (9 * bfqd->sequential_samples) / bfqd->peak_rate_samples;
3458
3459         /*
3460          * Second step: further refine the weight as a function of the
3461          * duration of the observation interval.
3462          */
3463         weight = min_t(u32, 8,
3464                        div_u64(weight * bfqd->delta_from_first,
3465                                BFQ_RATE_REF_INTERVAL));
3466
3467         /*
3468          * Divisor ranging from 10, for minimum weight, to 2, for
3469          * maximum weight.
3470          */
3471         divisor = 10 - weight;
3472
3473         /*
3474          * Finally, update peak rate:
3475          *
3476          * peak_rate = peak_rate * (divisor-1) / divisor  +  rate / divisor
3477          */
3478         bfqd->peak_rate *= divisor-1;
3479         bfqd->peak_rate /= divisor;
3480         rate /= divisor; /* smoothing constant alpha = 1/divisor */
3481
3482         bfqd->peak_rate += rate;
3483
3484         /*
3485          * For a very slow device, bfqd->peak_rate can reach 0 (see
3486          * the minimum representable values reported in the comments
3487          * on BFQ_RATE_SHIFT). Push to 1 if this happens, to avoid
3488          * divisions by zero where bfqd->peak_rate is used as a
3489          * divisor.
3490          */
3491         bfqd->peak_rate = max_t(u32, 1, bfqd->peak_rate);
3492
3493         update_thr_responsiveness_params(bfqd);
3494
3495 reset_computation:
3496         bfq_reset_rate_computation(bfqd, rq);
3497 }
3498
3499 /*
3500  * Update the read/write peak rate (the main quantity used for
3501  * auto-tuning, see update_thr_responsiveness_params()).
3502  *
3503  * It is not trivial to estimate the peak rate (correctly): because of
3504  * the presence of sw and hw queues between the scheduler and the
3505  * device components that finally serve I/O requests, it is hard to
3506  * say exactly when a given dispatched request is served inside the
3507  * device, and for how long. As a consequence, it is hard to know
3508  * precisely at what rate a given set of requests is actually served
3509  * by the device.
3510  *
3511  * On the opposite end, the dispatch time of any request is trivially
3512  * available, and, from this piece of information, the "dispatch rate"
3513  * of requests can be immediately computed. So, the idea in the next
3514  * function is to use what is known, namely request dispatch times
3515  * (plus, when useful, request completion times), to estimate what is
3516  * unknown, namely in-device request service rate.
3517  *
3518  * The main issue is that, because of the above facts, the rate at
3519  * which a certain set of requests is dispatched over a certain time
3520  * interval can vary greatly with respect to the rate at which the
3521  * same requests are then served. But, since the size of any
3522  * intermediate queue is limited, and the service scheme is lossless
3523  * (no request is silently dropped), the following obvious convergence
3524  * property holds: the number of requests dispatched MUST become
3525  * closer and closer to the number of requests completed as the
3526  * observation interval grows. This is the key property used in
3527  * the next function to estimate the peak service rate as a function
3528  * of the observed dispatch rate. The function assumes to be invoked
3529  * on every request dispatch.
3530  */
3531 static void bfq_update_peak_rate(struct bfq_data *bfqd, struct request *rq)
3532 {
3533         u64 now_ns = ktime_get_ns();
3534
3535         if (bfqd->peak_rate_samples == 0) { /* first dispatch */
3536                 bfq_log(bfqd, "update_peak_rate: goto reset, samples %d",
3537                         bfqd->peak_rate_samples);
3538                 bfq_reset_rate_computation(bfqd, rq);
3539                 goto update_last_values; /* will add one sample */
3540         }
3541
3542         /*
3543          * Device idle for very long: the observation interval lasting
3544          * up to this dispatch cannot be a valid observation interval
3545          * for computing a new peak rate (similarly to the late-
3546          * completion event in bfq_completed_request()). Go to
3547          * update_rate_and_reset to have the following three steps
3548          * taken:
3549          * - close the observation interval at the last (previous)
3550          *   request dispatch or completion
3551          * - compute rate, if possible, for that observation interval
3552          * - start a new observation interval with this dispatch
3553          */
3554         if (now_ns - bfqd->last_dispatch > 100*NSEC_PER_MSEC &&
3555             bfqd->rq_in_driver == 0)
3556                 goto update_rate_and_reset;
3557
3558         /* Update sampling information */
3559         bfqd->peak_rate_samples++;
3560
3561         if ((bfqd->rq_in_driver > 0 ||
3562                 now_ns - bfqd->last_completion < BFQ_MIN_TT)
3563             && !BFQ_RQ_SEEKY(bfqd, bfqd->last_position, rq))
3564                 bfqd->sequential_samples++;
3565
3566         bfqd->tot_sectors_dispatched += blk_rq_sectors(rq);
3567
3568         /* Reset max observed rq size every 32 dispatches */
3569         if (likely(bfqd->peak_rate_samples % 32))
3570                 bfqd->last_rq_max_size =
3571                         max_t(u32, blk_rq_sectors(rq), bfqd->last_rq_max_size);
3572         else
3573                 bfqd->last_rq_max_size = blk_rq_sectors(rq);
3574
3575         bfqd->delta_from_first = now_ns - bfqd->first_dispatch;
3576
3577         /* Target observation interval not yet reached, go on sampling */
3578         if (bfqd->delta_from_first < BFQ_RATE_REF_INTERVAL)
3579                 goto update_last_values;
3580
3581 update_rate_and_reset:
3582         bfq_update_rate_reset(bfqd, rq);
3583 update_last_values:
3584         bfqd->last_position = blk_rq_pos(rq) + blk_rq_sectors(rq);
3585         if (RQ_BFQQ(rq) == bfqd->in_service_queue)
3586                 bfqd->in_serv_last_pos = bfqd->last_position;
3587         bfqd->last_dispatch = now_ns;
3588 }
3589
3590 /*
3591  * Remove request from internal lists.
3592  */
3593 static void bfq_dispatch_remove(struct request_queue *q, struct request *rq)
3594 {
3595         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
3596
3597         /*
3598          * For consistency, the next instruction should have been
3599          * executed after removing the request from the queue and
3600          * dispatching it.  We execute instead this instruction before
3601          * bfq_remove_request() (and hence introduce a temporary
3602          * inconsistency), for efficiency.  In fact, should this
3603          * dispatch occur for a non in-service bfqq, this anticipated
3604          * increment prevents two counters related to bfqq->dispatched
3605          * from risking to be, first, uselessly decremented, and then
3606          * incremented again when the (new) value of bfqq->dispatched
3607          * happens to be taken into account.
3608          */
3609         bfqq->dispatched++;
3610         bfq_update_peak_rate(q->elevator->elevator_data, rq);
3611
3612         bfq_remove_request(q, rq);
3613 }
3614
3615 /*
3616  * There is a case where idling does not have to be performed for
3617  * throughput concerns, but to preserve the throughput share of
3618  * the process associated with bfqq.
3619  *
3620  * To introduce this case, we can note that allowing the drive
3621  * to enqueue more than one request at a time, and hence
3622  * delegating de facto final scheduling decisions to the
3623  * drive's internal scheduler, entails loss of control on the
3624  * actual request service order. In particular, the critical
3625  * situation is when requests from different processes happen
3626  * to be present, at the same time, in the internal queue(s)
3627  * of the drive. In such a situation, the drive, by deciding
3628  * the service order of the internally-queued requests, does
3629  * determine also the actual throughput distribution among
3630  * these processes. But the drive typically has no notion or
3631  * concern about per-process throughput distribution, and
3632  * makes its decisions only on a per-request basis. Therefore,
3633  * the service distribution enforced by the drive's internal
3634  * scheduler is likely to coincide with the desired throughput
3635  * distribution only in a completely symmetric, or favorably
3636  * skewed scenario where:
3637  * (i-a) each of these processes must get the same throughput as
3638  *       the others,
3639  * (i-b) in case (i-a) does not hold, it holds that the process
3640  *       associated with bfqq must receive a lower or equal
3641  *       throughput than any of the other processes;
3642  * (ii)  the I/O of each process has the same properties, in
3643  *       terms of locality (sequential or random), direction
3644  *       (reads or writes), request sizes, greediness
3645  *       (from I/O-bound to sporadic), and so on;
3646
3647  * In fact, in such a scenario, the drive tends to treat the requests
3648  * of each process in about the same way as the requests of the
3649  * others, and thus to provide each of these processes with about the
3650  * same throughput.  This is exactly the desired throughput
3651  * distribution if (i-a) holds, or, if (i-b) holds instead, this is an
3652  * even more convenient distribution for (the process associated with)
3653  * bfqq.
3654  *
3655  * In contrast, in any asymmetric or unfavorable scenario, device
3656  * idling (I/O-dispatch plugging) is certainly needed to guarantee
3657  * that bfqq receives its assigned fraction of the device throughput
3658  * (see [1] for details).
3659  *
3660  * The problem is that idling may significantly reduce throughput with
3661  * certain combinations of types of I/O and devices. An important
3662  * example is sync random I/O on flash storage with command
3663  * queueing. So, unless bfqq falls in cases where idling also boosts
3664  * throughput, it is important to check conditions (i-a), i(-b) and
3665  * (ii) accurately, so as to avoid idling when not strictly needed for
3666  * service guarantees.
3667  *
3668  * Unfortunately, it is extremely difficult to thoroughly check
3669  * condition (ii). And, in case there are active groups, it becomes
3670  * very difficult to check conditions (i-a) and (i-b) too.  In fact,
3671  * if there are active groups, then, for conditions (i-a) or (i-b) to
3672  * become false 'indirectly', it is enough that an active group
3673  * contains more active processes or sub-groups than some other active
3674  * group. More precisely, for conditions (i-a) or (i-b) to become
3675  * false because of such a group, it is not even necessary that the
3676  * group is (still) active: it is sufficient that, even if the group
3677  * has become inactive, some of its descendant processes still have
3678  * some request already dispatched but still waiting for
3679  * completion. In fact, requests have still to be guaranteed their
3680  * share of the throughput even after being dispatched. In this
3681  * respect, it is easy to show that, if a group frequently becomes
3682  * inactive while still having in-flight requests, and if, when this
3683  * happens, the group is not considered in the calculation of whether
3684  * the scenario is asymmetric, then the group may fail to be
3685  * guaranteed its fair share of the throughput (basically because
3686  * idling may not be performed for the descendant processes of the
3687  * group, but it had to be).  We address this issue with the following
3688  * bi-modal behavior, implemented in the function
3689  * bfq_asymmetric_scenario().
3690  *
3691  * If there are groups with requests waiting for completion
3692  * (as commented above, some of these groups may even be
3693  * already inactive), then the scenario is tagged as
3694  * asymmetric, conservatively, without checking any of the
3695  * conditions (i-a), (i-b) or (ii). So the device is idled for bfqq.
3696  * This behavior matches also the fact that groups are created
3697  * exactly if controlling I/O is a primary concern (to
3698  * preserve bandwidth and latency guarantees).
3699  *
3700  * On the opposite end, if there are no groups with requests waiting
3701  * for completion, then only conditions (i-a) and (i-b) are actually
3702  * controlled, i.e., provided that conditions (i-a) or (i-b) holds,
3703  * idling is not performed, regardless of whether condition (ii)
3704  * holds.  In other words, only if conditions (i-a) and (i-b) do not
3705  * hold, then idling is allowed, and the device tends to be prevented
3706  * from queueing many requests, possibly of several processes. Since
3707  * there are no groups with requests waiting for completion, then, to
3708  * control conditions (i-a) and (i-b) it is enough to check just
3709  * whether all the queues with requests waiting for completion also
3710  * have the same weight.
3711  *
3712  * Not checking condition (ii) evidently exposes bfqq to the
3713  * risk of getting less throughput than its fair share.
3714  * However, for queues with the same weight, a further
3715  * mechanism, preemption, mitigates or even eliminates this
3716  * problem. And it does so without consequences on overall
3717  * throughput. This mechanism and its benefits are explained
3718  * in the next three paragraphs.
3719  *
3720  * Even if a queue, say Q, is expired when it remains idle, Q
3721  * can still preempt the new in-service queue if the next
3722  * request of Q arrives soon (see the comments on
3723  * bfq_bfqq_update_budg_for_activation). If all queues and
3724  * groups have the same weight, this form of preemption,
3725  * combined with the hole-recovery heuristic described in the
3726  * comments on function bfq_bfqq_update_budg_for_activation,
3727  * are enough to preserve a correct bandwidth distribution in
3728  * the mid term, even without idling. In fact, even if not
3729  * idling allows the internal queues of the device to contain
3730  * many requests, and thus to reorder requests, we can rather
3731  * safely assume that the internal scheduler still preserves a
3732  * minimum of mid-term fairness.
3733  *
3734  * More precisely, this preemption-based, idleless approach
3735  * provides fairness in terms of IOPS, and not sectors per
3736  * second. This can be seen with a simple example. Suppose
3737  * that there are two queues with the same weight, but that
3738  * the first queue receives requests of 8 sectors, while the
3739  * second queue receives requests of 1024 sectors. In
3740  * addition, suppose that each of the two queues contains at
3741  * most one request at a time, which implies that each queue
3742  * always remains idle after it is served. Finally, after
3743  * remaining idle, each queue receives very quickly a new
3744  * request. It follows that the two queues are served
3745  * alternatively, preempting each other if needed. This
3746  * implies that, although both queues have the same weight,
3747  * the queue with large requests receives a service that is
3748  * 1024/8 times as high as the service received by the other
3749  * queue.
3750  *
3751  * The motivation for using preemption instead of idling (for
3752  * queues with the same weight) is that, by not idling,
3753  * service guarantees are preserved (completely or at least in
3754  * part) without minimally sacrificing throughput. And, if
3755  * there is no active group, then the primary expectation for
3756  * this device is probably a high throughput.
3757  *
3758  * We are now left only with explaining the two sub-conditions in the
3759  * additional compound condition that is checked below for deciding
3760  * whether the scenario is asymmetric. To explain the first
3761  * sub-condition, we need to add that the function
3762  * bfq_asymmetric_scenario checks the weights of only
3763  * non-weight-raised queues, for efficiency reasons (see comments on
3764  * bfq_weights_tree_add()). Then the fact that bfqq is weight-raised
3765  * is checked explicitly here. More precisely, the compound condition
3766  * below takes into account also the fact that, even if bfqq is being
3767  * weight-raised, the scenario is still symmetric if all queues with
3768  * requests waiting for completion happen to be
3769  * weight-raised. Actually, we should be even more precise here, and
3770  * differentiate between interactive weight raising and soft real-time
3771  * weight raising.
3772  *
3773  * The second sub-condition checked in the compound condition is
3774  * whether there is a fair amount of already in-flight I/O not
3775  * belonging to bfqq. If so, I/O dispatching is to be plugged, for the
3776  * following reason. The drive may decide to serve in-flight
3777  * non-bfqq's I/O requests before bfqq's ones, thereby delaying the
3778  * arrival of new I/O requests for bfqq (recall that bfqq is sync). If
3779  * I/O-dispatching is not plugged, then, while bfqq remains empty, a
3780  * basically uncontrolled amount of I/O from other queues may be
3781  * dispatched too, possibly causing the service of bfqq's I/O to be
3782  * delayed even longer in the drive. This problem gets more and more
3783  * serious as the speed and the queue depth of the drive grow,
3784  * because, as these two quantities grow, the probability to find no
3785  * queue busy but many requests in flight grows too. By contrast,
3786  * plugging I/O dispatching minimizes the delay induced by already
3787  * in-flight I/O, and enables bfqq to recover the bandwidth it may
3788  * lose because of this delay.
3789  *
3790  * As a side note, it is worth considering that the above
3791  * device-idling countermeasures may however fail in the following
3792  * unlucky scenario: if I/O-dispatch plugging is (correctly) disabled
3793  * in a time period during which all symmetry sub-conditions hold, and
3794  * therefore the device is allowed to enqueue many requests, but at
3795  * some later point in time some sub-condition stops to hold, then it
3796  * may become impossible to make requests be served in the desired
3797  * order until all the requests already queued in the device have been
3798  * served. The last sub-condition commented above somewhat mitigates
3799  * this problem for weight-raised queues.
3800  *
3801  * However, as an additional mitigation for this problem, we preserve
3802  * plugging for a special symmetric case that may suddenly turn into
3803  * asymmetric: the case where only bfqq is busy. In this case, not
3804  * expiring bfqq does not cause any harm to any other queues in terms
3805  * of service guarantees. In contrast, it avoids the following unlucky
3806  * sequence of events: (1) bfqq is expired, (2) a new queue with a
3807  * lower weight than bfqq becomes busy (or more queues), (3) the new
3808  * queue is served until a new request arrives for bfqq, (4) when bfqq
3809  * is finally served, there are so many requests of the new queue in
3810  * the drive that the pending requests for bfqq take a lot of time to
3811  * be served. In particular, event (2) may case even already
3812  * dispatched requests of bfqq to be delayed, inside the drive. So, to
3813  * avoid this series of events, the scenario is preventively declared
3814  * as asymmetric also if bfqq is the only busy queues
3815  */
3816 static bool idling_needed_for_service_guarantees(struct bfq_data *bfqd,
3817                                                  struct bfq_queue *bfqq)
3818 {
3819         int tot_busy_queues = bfq_tot_busy_queues(bfqd);
3820
3821         /* No point in idling for bfqq if it won't get requests any longer */
3822         if (unlikely(!bfqq_process_refs(bfqq)))
3823                 return false;
3824
3825         return (bfqq->wr_coeff > 1 &&
3826                 (bfqd->wr_busy_queues <
3827                  tot_busy_queues ||
3828                  bfqd->rq_in_driver >=
3829                  bfqq->dispatched + 4)) ||
3830                 bfq_asymmetric_scenario(bfqd, bfqq) ||
3831                 tot_busy_queues == 1;
3832 }
3833
3834 static bool __bfq_bfqq_expire(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
3835                               enum bfqq_expiration reason)
3836 {
3837         /*
3838          * If this bfqq is shared between multiple processes, check
3839          * to make sure that those processes are still issuing I/Os
3840          * within the mean seek distance. If not, it may be time to
3841          * break the queues apart again.
3842          */
3843         if (bfq_bfqq_coop(bfqq) && BFQQ_SEEKY(bfqq))
3844                 bfq_mark_bfqq_split_coop(bfqq);
3845
3846         /*
3847          * Consider queues with a higher finish virtual time than
3848          * bfqq. If idling_needed_for_service_guarantees(bfqq) returns
3849          * true, then bfqq's bandwidth would be violated if an
3850          * uncontrolled amount of I/O from these queues were
3851          * dispatched while bfqq is waiting for its new I/O to
3852          * arrive. This is exactly what may happen if this is a forced
3853          * expiration caused by a preemption attempt, and if bfqq is
3854          * not re-scheduled. To prevent this from happening, re-queue
3855          * bfqq if it needs I/O-dispatch plugging, even if it is
3856          * empty. By doing so, bfqq is granted to be served before the
3857          * above queues (provided that bfqq is of course eligible).
3858          */
3859         if (RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) &&
3860             !(reason == BFQQE_PREEMPTED &&
3861               idling_needed_for_service_guarantees(bfqd, bfqq))) {
3862                 if (bfqq->dispatched == 0)
3863                         /*
3864                          * Overloading budget_timeout field to store
3865                          * the time at which the queue remains with no
3866                          * backlog and no outstanding request; used by
3867                          * the weight-raising mechanism.
3868                          */
3869                         bfqq->budget_timeout = jiffies;
3870
3871                 bfq_del_bfqq_busy(bfqd, bfqq, true);
3872         } else {
3873                 bfq_requeue_bfqq(bfqd, bfqq, true);
3874                 /*
3875                  * Resort priority tree of potential close cooperators.
3876                  * See comments on bfq_pos_tree_add_move() for the unlikely().
3877                  */
3878                 if (unlikely(!bfqd->nonrot_with_queueing &&
3879                              !RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list)))
3880                         bfq_pos_tree_add_move(bfqd, bfqq);
3881         }
3882
3883         /*
3884          * All in-service entities must have been properly deactivated
3885          * or requeued before executing the next function, which
3886          * resets all in-service entities as no more in service. This
3887          * may cause bfqq to be freed. If this happens, the next
3888          * function returns true.
3889          */
3890         return __bfq_bfqd_reset_in_service(bfqd);
3891 }
3892
3893 /**
3894  * __bfq_bfqq_recalc_budget - try to adapt the budget to the @bfqq behavior.
3895  * @bfqd: device data.
3896  * @bfqq: queue to update.
3897  * @reason: reason for expiration.
3898  *
3899  * Handle the feedback on @bfqq budget at queue expiration.
3900  * See the body for detailed comments.
3901  */
3902 static void __bfq_bfqq_recalc_budget(struct bfq_data *bfqd,
3903                                      struct bfq_queue *bfqq,
3904                                      enum bfqq_expiration reason)
3905 {
3906         struct request *next_rq;
3907         int budget, min_budget;
3908
3909         min_budget = bfq_min_budget(bfqd);
3910
3911         if (bfqq->wr_coeff == 1)
3912                 budget = bfqq->max_budget;
3913         else /*
3914               * Use a constant, low budget for weight-raised queues,
3915               * to help achieve a low latency. Keep it slightly higher
3916               * than the minimum possible budget, to cause a little
3917               * bit fewer expirations.
3918               */
3919                 budget = 2 * min_budget;
3920
3921         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "recalc_budg: last budg %d, budg left %d",
3922                 bfqq->entity.budget, bfq_bfqq_budget_left(bfqq));
3923         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "recalc_budg: last max_budg %d, min budg %d",
3924                 budget, bfq_min_budget(bfqd));
3925         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "recalc_budg: sync %d, seeky %d",
3926                 bfq_bfqq_sync(bfqq), BFQQ_SEEKY(bfqd->in_service_queue));
3927
3928         if (bfq_bfqq_sync(bfqq) && bfqq->wr_coeff == 1) {
3929                 switch (reason) {
3930                 /*
3931                  * Caveat: in all the following cases we trade latency
3932                  * for throughput.
3933                  */
3934                 case BFQQE_TOO_IDLE:
3935                         /*
3936                          * This is the only case where we may reduce
3937                          * the budget: if there is no request of the
3938                          * process still waiting for completion, then
3939                          * we assume (tentatively) that the timer has
3940                          * expired because the batch of requests of
3941                          * the process could have been served with a
3942                          * smaller budget.  Hence, betting that
3943                          * process will behave in the same way when it
3944                          * becomes backlogged again, we reduce its
3945                          * next budget.  As long as we guess right,
3946                          * this budget cut reduces the latency
3947                          * experienced by the process.
3948                          *
3949                          * However, if there are still outstanding
3950                          * requests, then the process may have not yet
3951                          * issued its next request just because it is
3952                          * still waiting for the completion of some of
3953                          * the still outstanding ones.  So in this
3954                          * subcase we do not reduce its budget, on the
3955                          * contrary we increase it to possibly boost
3956                          * the throughput, as discussed in the
3957                          * comments to the BUDGET_TIMEOUT case.
3958                          */
3959                         if (bfqq->dispatched > 0) /* still outstanding reqs */
3960                                 budget = min(budget * 2, bfqd->bfq_max_budget);
3961                         else {
3962                                 if (budget > 5 * min_budget)
3963                                         budget -= 4 * min_budget;
3964                                 else
3965                                         budget = min_budget;
3966                         }
3967                         break;
3968                 case BFQQE_BUDGET_TIMEOUT:
3969                         /*
3970                          * We double the budget here because it gives
3971                          * the chance to boost the throughput if this
3972                          * is not a seeky process (and has bumped into
3973                          * this timeout because of, e.g., ZBR).
3974                          */
3975                         budget = min(budget * 2, bfqd->bfq_max_budget);
3976                         break;
3977                 case BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED:
3978                         /*
3979                          * The process still has backlog, and did not
3980                          * let either the budget timeout or the disk
3981                          * idling timeout expire. Hence it is not
3982                          * seeky, has a short thinktime and may be
3983                          * happy with a higher budget too. So
3984                          * definitely increase the budget of this good
3985                          * candidate to boost the disk throughput.
3986                          */
3987                         budget = min(budget * 4, bfqd->bfq_max_budget);
3988                         break;
3989                 case BFQQE_NO_MORE_REQUESTS:
3990                         /*
3991                          * For queues that expire for this reason, it
3992                          * is particularly important to keep the
3993                          * budget close to the actual service they
3994                          * need. Doing so reduces the timestamp
3995                          * misalignment problem described in the
3996                          * comments in the body of
3997                          * __bfq_activate_entity. In fact, suppose
3998                          * that a queue systematically expires for
3999                          * BFQQE_NO_MORE_REQUESTS and presents a
4000                          * new request in time to enjoy timestamp
4001                          * back-shifting. The larger the budget of the
4002                          * queue is with respect to the service the
4003                          * queue actually requests in each service
4004                          * slot, the more times the queue can be
4005                          * reactivated with the same virtual finish
4006                          * time. It follows that, even if this finish
4007                          * time is pushed to the system virtual time
4008                          * to reduce the consequent timestamp
4009                          * misalignment, the queue unjustly enjoys for
4010                          * many re-activations a lower finish time
4011                          * than all newly activated queues.
4012                          *
4013                          * The service needed by bfqq is measured
4014                          * quite precisely by bfqq->entity.service.
4015                          * Since bfqq does not enjoy device idling,
4016                          * bfqq->entity.service is equal to the number
4017                          * of sectors that the process associated with
4018                          * bfqq requested to read/write before waiting
4019                          * for request completions, or blocking for
4020                          * other reasons.
4021                          */
4022                         budget = max_t(int, bfqq->entity.service, min_budget);
4023                         break;
4024                 default:
4025                         return;
4026                 }
4027         } else if (!bfq_bfqq_sync(bfqq)) {
4028                 /*
4029                  * Async queues get always the maximum possible
4030                  * budget, as for them we do not care about latency
4031                  * (in addition, their ability to dispatch is limited
4032                  * by the charging factor).
4033                  */
4034                 budget = bfqd->bfq_max_budget;
4035         }
4036
4037         bfqq->max_budget = budget;
4038
4039         if (bfqd->budgets_assigned >= bfq_stats_min_budgets &&
4040             !bfqd->bfq_user_max_budget)
4041                 bfqq->max_budget = min(bfqq->max_budget, bfqd->bfq_max_budget);
4042
4043         /*
4044          * If there is still backlog, then assign a new budget, making
4045          * sure that it is large enough for the next request.  Since
4046          * the finish time of bfqq must be kept in sync with the
4047          * budget, be sure to call __bfq_bfqq_expire() *after* this
4048          * update.
4049          *
4050          * If there is no backlog, then no need to update the budget;
4051          * it will be updated on the arrival of a new request.
4052          */
4053         next_rq = bfqq->next_rq;
4054         if (next_rq)
4055                 bfqq->entity.budget = max_t(unsigned long, bfqq->max_budget,
4056                                             bfq_serv_to_charge(next_rq, bfqq));
4057
4058         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "head sect: %u, new budget %d",
4059                         next_rq ? blk_rq_sectors(next_rq) : 0,
4060                         bfqq->entity.budget);
4061 }
4062
4063 /*
4064  * Return true if the process associated with bfqq is "slow". The slow
4065  * flag is used, in addition to the budget timeout, to reduce the
4066  * amount of service provided to seeky processes, and thus reduce
4067  * their chances to lower the throughput. More details in the comments
4068  * on the function bfq_bfqq_expire().
4069  *
4070  * An important observation is in order: as discussed in the comments
4071  * on the function bfq_update_peak_rate(), with devices with internal
4072  * queues, it is hard if ever possible to know when and for how long
4073  * an I/O request is processed by the device (apart from the trivial
4074  * I/O pattern where a new request is dispatched only after the
4075  * previous one has been completed). This makes it hard to evaluate
4076  * the real rate at which the I/O requests of each bfq_queue are
4077  * served.  In fact, for an I/O scheduler like BFQ, serving a
4078  * bfq_queue means just dispatching its requests during its service
4079  * slot (i.e., until the budget of the queue is exhausted, or the
4080  * queue remains idle, or, finally, a timeout fires). But, during the
4081  * service slot of a bfq_queue, around 100 ms at most, the device may
4082  * be even still processing requests of bfq_queues served in previous
4083  * service slots. On the opposite end, the requests of the in-service
4084  * bfq_queue may be completed after the service slot of the queue
4085  * finishes.
4086  *
4087  * Anyway, unless more sophisticated solutions are used
4088  * (where possible), the sum of the sizes of the requests dispatched
4089  * during the service slot of a bfq_queue is probably the only
4090  * approximation available for the service received by the bfq_queue
4091  * during its service slot. And this sum is the quantity used in this
4092  * function to evaluate the I/O speed of a process.
4093  */
4094 static bool bfq_bfqq_is_slow(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
4095                                  bool compensate, enum bfqq_expiration reason,
4096                                  unsigned long *delta_ms)
4097 {
4098         ktime_t delta_ktime;
4099         u32 delta_usecs;
4100         bool slow = BFQQ_SEEKY(bfqq); /* if delta too short, use seekyness */
4101
4102         if (!bfq_bfqq_sync(bfqq))
4103                 return false;
4104
4105         if (compensate)
4106                 delta_ktime = bfqd->last_idling_start;
4107         else
4108                 delta_ktime = ktime_get();
4109         delta_ktime = ktime_sub(delta_ktime, bfqd->last_budget_start);
4110         delta_usecs = ktime_to_us(delta_ktime);
4111
4112         /* don't use too short time intervals */
4113         if (delta_usecs < 1000) {
4114                 if (blk_queue_nonrot(bfqd->queue))
4115                          /*
4116                           * give same worst-case guarantees as idling
4117                           * for seeky
4118                           */
4119                         *delta_ms = BFQ_MIN_TT / NSEC_PER_MSEC;
4120                 else /* charge at least one seek */
4121                         *delta_ms = bfq_slice_idle / NSEC_PER_MSEC;
4122
4123                 return slow;
4124         }
4125
4126         *delta_ms = delta_usecs / USEC_PER_MSEC;
4127
4128         /*
4129          * Use only long (> 20ms) intervals to filter out excessive
4130          * spikes in service rate estimation.
4131          */
4132         if (delta_usecs > 20000) {
4133                 /*
4134                  * Caveat for rotational devices: processes doing I/O
4135                  * in the slower disk zones tend to be slow(er) even
4136                  * if not seeky. In this respect, the estimated peak
4137                  * rate is likely to be an average over the disk
4138                  * surface. Accordingly, to not be too harsh with
4139                  * unlucky processes, a process is deemed slow only if
4140                  * its rate has been lower than half of the estimated
4141                  * peak rate.
4142                  */
4143                 slow = bfqq->entity.service < bfqd->bfq_max_budget / 2;
4144         }
4145
4146         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "bfq_bfqq_is_slow: slow %d", slow);
4147
4148         return slow;
4149 }
4150
4151 /*
4152  * To be deemed as soft real-time, an application must meet two
4153  * requirements. First, the application must not require an average
4154  * bandwidth higher than the approximate bandwidth required to playback or
4155  * record a compressed high-definition video.
4156  * The next function is invoked on the completion of the last request of a
4157  * batch, to compute the next-start time instant, soft_rt_next_start, such
4158  * that, if the next request of the application does not arrive before
4159  * soft_rt_next_start, then the above requirement on the bandwidth is met.
4160  *
4161  * The second requirement is that the request pattern of the application is
4162  * isochronous, i.e., that, after issuing a request or a batch of requests,
4163  * the application stops issuing new requests until all its pending requests
4164  * have been completed. After that, the application may issue a new batch,
4165  * and so on.
4166  * For this reason the next function is invoked to compute
4167  * soft_rt_next_start only for applications that meet this requirement,
4168  * whereas soft_rt_next_start is set to infinity for applications that do
4169  * not.
4170  *
4171  * Unfortunately, even a greedy (i.e., I/O-bound) application may
4172  * happen to meet, occasionally or systematically, both the above
4173  * bandwidth and isochrony requirements. This may happen at least in
4174  * the following circumstances. First, if the CPU load is high. The
4175  * application may stop issuing requests while the CPUs are busy
4176  * serving other processes, then restart, then stop again for a while,
4177  * and so on. The other circumstances are related to the storage
4178  * device: the storage device is highly loaded or reaches a low-enough
4179  * throughput with the I/O of the application (e.g., because the I/O
4180  * is random and/or the device is slow). In all these cases, the
4181  * I/O of the application may be simply slowed down enough to meet
4182  * the bandwidth and isochrony requirements. To reduce the probability
4183  * that greedy applications are deemed as soft real-time in these
4184  * corner cases, a further rule is used in the computation of
4185  * soft_rt_next_start: the return value of this function is forced to
4186  * be higher than the maximum between the following two quantities.
4187  *
4188  * (a) Current time plus: (1) the maximum time for which the arrival
4189  *     of a request is waited for when a sync queue becomes idle,
4190  *     namely bfqd->bfq_slice_idle, and (2) a few extra jiffies. We
4191  *     postpone for a moment the reason for adding a few extra
4192  *     jiffies; we get back to it after next item (b).  Lower-bounding
4193  *     the return value of this function with the current time plus
4194  *     bfqd->bfq_slice_idle tends to filter out greedy applications,
4195  *     because the latter issue their next request as soon as possible
4196  *     after the last one has been completed. In contrast, a soft
4197  *     real-time application spends some time processing data, after a
4198  *     batch of its requests has been completed.
4199  *
4200  * (b) Current value of bfqq->soft_rt_next_start. As pointed out
4201  *     above, greedy applications may happen to meet both the
4202  *     bandwidth and isochrony requirements under heavy CPU or
4203  *     storage-device load. In more detail, in these scenarios, these
4204  *     applications happen, only for limited time periods, to do I/O
4205  *     slowly enough to meet all the requirements described so far,
4206  *     including the filtering in above item (a). These slow-speed
4207  *     time intervals are usually interspersed between other time
4208  *     intervals during which these applications do I/O at a very high
4209  *     speed. Fortunately, exactly because of the high speed of the
4210  *     I/O in the high-speed intervals, the values returned by this
4211  *     function happen to be so high, near the end of any such
4212  *     high-speed interval, to be likely to fall *after* the end of
4213  *     the low-speed time interval that follows. These high values are
4214  *     stored in bfqq->soft_rt_next_start after each invocation of
4215  *     this function. As a consequence, if the last value of
4216  *     bfqq->soft_rt_next_start is constantly used to lower-bound the
4217  *     next value that this function may return, then, from the very
4218  *     beginning of a low-speed interval, bfqq->soft_rt_next_start is
4219  *     likely to be constantly kept so high that any I/O request
4220  *     issued during the low-speed interval is considered as arriving
4221  *     to soon for the application to be deemed as soft
4222  *     real-time. Then, in the high-speed interval that follows, the
4223  *     application will not be deemed as soft real-time, just because
4224  *     it will do I/O at a high speed. And so on.
4225  *
4226  * Getting back to the filtering in item (a), in the following two
4227  * cases this filtering might be easily passed by a greedy
4228  * application, if the reference quantity was just
4229  * bfqd->bfq_slice_idle:
4230  * 1) HZ is so low that the duration of a jiffy is comparable to or
4231  *    higher than bfqd->bfq_slice_idle. This happens, e.g., on slow
4232  *    devices with HZ=100. The time granularity may be so coarse
4233  *    that the approximation, in jiffies, of bfqd->bfq_slice_idle
4234  *    is rather lower than the exact value.
4235  * 2) jiffies, instead of increasing at a constant rate, may stop increasing
4236  *    for a while, then suddenly 'jump' by several units to recover the lost
4237  *    increments. This seems to happen, e.g., inside virtual machines.
4238  * To address this issue, in the filtering in (a) we do not use as a
4239  * reference time interval just bfqd->bfq_slice_idle, but
4240  * bfqd->bfq_slice_idle plus a few jiffies. In particular, we add the
4241  * minimum number of jiffies for which the filter seems to be quite
4242  * precise also in embedded systems and KVM/QEMU virtual machines.
4243  */
4244 static unsigned long bfq_bfqq_softrt_next_start(struct bfq_data *bfqd,
4245                                                 struct bfq_queue *bfqq)
4246 {
4247         return max3(bfqq->soft_rt_next_start,
4248                     bfqq->last_idle_bklogged +
4249                     HZ * bfqq->service_from_backlogged /
4250                     bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate,
4251                     jiffies + nsecs_to_jiffies(bfqq->bfqd->bfq_slice_idle) + 4);
4252 }
4253
4254 /**
4255  * bfq_bfqq_expire - expire a queue.
4256  * @bfqd: device owning the queue.
4257  * @bfqq: the queue to expire.
4258  * @compensate: if true, compensate for the time spent idling.
4259  * @reason: the reason causing the expiration.
4260  *
4261  * If the process associated with bfqq does slow I/O (e.g., because it
4262  * issues random requests), we charge bfqq with the time it has been
4263  * in service instead of the service it has received (see
4264  * bfq_bfqq_charge_time for details on how this goal is achieved). As
4265  * a consequence, bfqq will typically get higher timestamps upon
4266  * reactivation, and hence it will be rescheduled as if it had
4267  * received more service than what it has actually received. In the
4268  * end, bfqq receives less service in proportion to how slowly its
4269  * associated process consumes its budgets (and hence how seriously it
4270  * tends to lower the throughput). In addition, this time-charging
4271  * strategy guarantees time fairness among slow processes. In
4272  * contrast, if the process associated with bfqq is not slow, we
4273  * charge bfqq exactly with the service it has received.
4274  *
4275  * Charging time to the first type of queues and the exact service to
4276  * the other has the effect of using the WF2Q+ policy to schedule the
4277  * former on a timeslice basis, without violating service domain
4278  * guarantees among the latter.
4279  */
4280 void bfq_bfqq_expire(struct bfq_data *bfqd,
4281                      struct bfq_queue *bfqq,
4282                      bool compensate,
4283                      enum bfqq_expiration reason)
4284 {
4285         bool slow;
4286         unsigned long delta = 0;
4287         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
4288
4289         /*
4290          * Check whether the process is slow (see bfq_bfqq_is_slow).
4291          */
4292         slow = bfq_bfqq_is_slow(bfqd, bfqq, compensate, reason, &delta);
4293
4294         /*
4295          * As above explained, charge slow (typically seeky) and
4296          * timed-out queues with the time and not the service
4297          * received, to favor sequential workloads.
4298          *
4299          * Processes doing I/O in the slower disk zones will tend to
4300          * be slow(er) even if not seeky. Therefore, since the
4301          * estimated peak rate is actually an average over the disk
4302          * surface, these processes may timeout just for bad luck. To
4303          * avoid punishing them, do not charge time to processes that
4304          * succeeded in consuming at least 2/3 of their budget. This
4305          * allows BFQ to preserve enough elasticity to still perform
4306          * bandwidth, and not time, distribution with little unlucky
4307          * or quasi-sequential processes.
4308          */
4309         if (bfqq->wr_coeff == 1 &&
4310             (slow ||
4311              (reason == BFQQE_BUDGET_TIMEOUT &&
4312               bfq_bfqq_budget_left(bfqq) >=  entity->budget / 3)))
4313                 bfq_bfqq_charge_time(bfqd, bfqq, delta);
4314
4315         if (bfqd->low_latency && bfqq->wr_coeff == 1)
4316                 bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
4317
4318         if (bfqd->low_latency && bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate > 0 &&
4319             RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list)) {
4320                 /*
4321                  * If we get here, and there are no outstanding
4322                  * requests, then the request pattern is isochronous
4323                  * (see the comments on the function
4324                  * bfq_bfqq_softrt_next_start()). Therefore we can
4325                  * compute soft_rt_next_start.
4326                  *
4327                  * If, instead, the queue still has outstanding
4328                  * requests, then we have to wait for the completion
4329                  * of all the outstanding requests to discover whether
4330                  * the request pattern is actually isochronous.
4331                  */
4332                 if (bfqq->dispatched == 0)
4333                         bfqq->soft_rt_next_start =
4334                                 bfq_bfqq_softrt_next_start(bfqd, bfqq);
4335                 else if (bfqq->dispatched > 0) {
4336                         /*
4337                          * Schedule an update of soft_rt_next_start to when
4338                          * the task may be discovered to be isochronous.
4339                          */
4340                         bfq_mark_bfqq_softrt_update(bfqq);
4341                 }
4342         }
4343
4344         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq,
4345                 "expire (%d, slow %d, num_disp %d, short_ttime %d)", reason,
4346                 slow, bfqq->dispatched, bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq));
4347
4348         /*
4349          * bfqq expired, so no total service time needs to be computed
4350          * any longer: reset state machine for measuring total service
4351          * times.
4352          */
4353         bfqd->rqs_injected = bfqd->wait_dispatch = false;
4354         bfqd->waited_rq = NULL;
4355
4356         /*
4357          * Increase, decrease or leave budget unchanged according to
4358          * reason.
4359          */
4360         __bfq_bfqq_recalc_budget(bfqd, bfqq, reason);
4361         if (__bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, reason))
4362                 /* bfqq is gone, no more actions on it */
4363                 return;
4364
4365         /* mark bfqq as waiting a request only if a bic still points to it */
4366         if (!bfq_bfqq_busy(bfqq) &&
4367             reason != BFQQE_BUDGET_TIMEOUT &&
4368             reason != BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED) {
4369                 bfq_mark_bfqq_non_blocking_wait_rq(bfqq);
4370                 /*
4371                  * Not setting service to 0, because, if the next rq
4372                  * arrives in time, the queue will go on receiving
4373                  * service with this same budget (as if it never expired)
4374                  */
4375         } else
4376                 entity->service = 0;
4377
4378         /*
4379          * Reset the received-service counter for every parent entity.
4380          * Differently from what happens with bfqq->entity.service,
4381          * the resetting of this counter never needs to be postponed
4382          * for parent entities. In fact, in case bfqq may have a
4383          * chance to go on being served using the last, partially
4384          * consumed budget, bfqq->entity.service needs to be kept,
4385          * because if bfqq then actually goes on being served using
4386          * the same budget, the last value of bfqq->entity.service is
4387          * needed to properly decrement bfqq->entity.budget by the
4388          * portion already consumed. In contrast, it is not necessary
4389          * to keep entity->service for parent entities too, because
4390          * the bubble up of the new value of bfqq->entity.budget will
4391          * make sure that the budgets of parent entities are correct,
4392          * even in case bfqq and thus parent entities go on receiving
4393          * service with the same budget.
4394          */
4395         entity = entity->parent;
4396         for_each_entity(entity)
4397                 entity->service = 0;
4398 }
4399
4400 /*
4401  * Budget timeout is not implemented through a dedicated timer, but
4402  * just checked on request arrivals and completions, as well as on
4403  * idle timer expirations.
4404  */
4405 static bool bfq_bfqq_budget_timeout(struct bfq_queue *bfqq)
4406 {
4407         return time_is_before_eq_jiffies(bfqq->budget_timeout);
4408 }
4409
4410 /*
4411  * If we expire a queue that is actively waiting (i.e., with the
4412  * device idled) for the arrival of a new request, then we may incur
4413  * the timestamp misalignment problem described in the body of the
4414  * function __bfq_activate_entity. Hence we return true only if this
4415  * condition does not hold, or if the queue is slow enough to deserve
4416  * only to be kicked off for preserving a high throughput.
4417  */
4418 static bool bfq_may_expire_for_budg_timeout(struct bfq_queue *bfqq)
4419 {
4420         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq,
4421                 "may_budget_timeout: wait_request %d left %d timeout %d",
4422                 bfq_bfqq_wait_request(bfqq),
4423                         bfq_bfqq_budget_left(bfqq) >=  bfqq->entity.budget / 3,
4424                 bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq));
4425
4426         return (!bfq_bfqq_wait_request(bfqq) ||
4427                 bfq_bfqq_budget_left(bfqq) >=  bfqq->entity.budget / 3)
4428                 &&
4429                 bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq);
4430 }
4431
4432 static bool idling_boosts_thr_without_issues(struct bfq_data *bfqd,
4433                                              struct bfq_queue *bfqq)
4434 {
4435         bool rot_without_queueing =
4436                 !blk_queue_nonrot(bfqd->queue) && !bfqd->hw_tag,
4437                 bfqq_sequential_and_IO_bound,
4438                 idling_boosts_thr;
4439
4440         /* No point in idling for bfqq if it won't get requests any longer */
4441         if (unlikely(!bfqq_process_refs(bfqq)))
4442                 return false;
4443
4444         bfqq_sequential_and_IO_bound = !BFQQ_SEEKY(bfqq) &&
4445                 bfq_bfqq_IO_bound(bfqq) && bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
4446
4447         /*
4448          * The next variable takes into account the cases where idling
4449          * boosts the throughput.
4450          *
4451          * The value of the variable is computed considering, first, that
4452          * idling is virtually always beneficial for the throughput if:
4453          * (a) the device is not NCQ-capable and rotational, or
4454          * (b) regardless of the presence of NCQ, the device is rotational and
4455          *     the request pattern for bfqq is I/O-bound and sequential, or
4456          * (c) regardless of whether it is rotational, the device is
4457          *     not NCQ-capable and the request pattern for bfqq is
4458          *     I/O-bound and sequential.
4459          *
4460          * Secondly, and in contrast to the above item (b), idling an
4461          * NCQ-capable flash-based device would not boost the
4462          * throughput even with sequential I/O; rather it would lower
4463          * the throughput in proportion to how fast the device
4464          * is. Accordingly, the next variable is true if any of the
4465          * above conditions (a), (b) or (c) is true, and, in
4466          * particular, happens to be false if bfqd is an NCQ-capable
4467          * flash-based device.
4468          */
4469         idling_boosts_thr = rot_without_queueing ||
4470                 ((!blk_queue_nonrot(bfqd->queue) || !bfqd->hw_tag) &&
4471                  bfqq_sequential_and_IO_bound);
4472
4473         /*
4474          * The return value of this function is equal to that of
4475          * idling_boosts_thr, unless a special case holds. In this
4476          * special case, described below, idling may cause problems to
4477          * weight-raised queues.
4478          *
4479          * When the request pool is saturated (e.g., in the presence
4480          * of write hogs), if the processes associated with
4481          * non-weight-raised queues ask for requests at a lower rate,
4482          * then processes associated with weight-raised queues have a
4483          * higher probability to get a request from the pool
4484          * immediately (or at least soon) when they need one. Thus
4485          * they have a higher probability to actually get a fraction
4486          * of the device throughput proportional to their high
4487          * weight. This is especially true with NCQ-capable drives,
4488          * which enqueue several requests in advance, and further
4489          * reorder internally-queued requests.
4490          *
4491          * For this reason, we force to false the return value if
4492          * there are weight-raised busy queues. In this case, and if
4493          * bfqq is not weight-raised, this guarantees that the device
4494          * is not idled for bfqq (if, instead, bfqq is weight-raised,
4495          * then idling will be guaranteed by another variable, see
4496          * below). Combined with the timestamping rules of BFQ (see
4497          * [1] for details), this behavior causes bfqq, and hence any
4498          * sync non-weight-raised queue, to get a lower number of
4499          * requests served, and thus to ask for a lower number of
4500          * requests from the request pool, before the busy
4501          * weight-raised queues get served again. This often mitigates
4502          * starvation problems in the presence of heavy write
4503          * workloads and NCQ, thereby guaranteeing a higher
4504          * application and system responsiveness in these hostile
4505          * scenarios.
4506          */
4507         return idling_boosts_thr &&
4508                 bfqd->wr_busy_queues == 0;
4509 }
4510
4511 /*
4512  * For a queue that becomes empty, device idling is allowed only if
4513  * this function returns true for that queue. As a consequence, since
4514  * device idling plays a critical role for both throughput boosting
4515  * and service guarantees, the return value of this function plays a
4516  * critical role as well.
4517  *
4518  * In a nutshell, this function returns true only if idling is
4519  * beneficial for throughput or, even if detrimental for throughput,
4520  * idling is however necessary to preserve service guarantees (low
4521  * latency, desired throughput distribution, ...). In particular, on
4522  * NCQ-capable devices, this function tries to return false, so as to
4523  * help keep the drives' internal queues full, whenever this helps the
4524  * device boost the throughput without causing any service-guarantee
4525  * issue.
4526  *
4527  * Most of the issues taken into account to get the return value of
4528  * this function are not trivial. We discuss these issues in the two
4529  * functions providing the main pieces of information needed by this
4530  * function.
4531  */
4532 static bool bfq_better_to_idle(struct bfq_queue *bfqq)
4533 {
4534         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
4535         bool idling_boosts_thr_with_no_issue, idling_needed_for_service_guar;
4536
4537         /* No point in idling for bfqq if it won't get requests any longer */
4538         if (unlikely(!bfqq_process_refs(bfqq)))
4539                 return false;
4540
4541         if (unlikely(bfqd->strict_guarantees))
4542                 return true;
4543
4544         /*
4545          * Idling is performed only if slice_idle > 0. In addition, we
4546          * do not idle if
4547          * (a) bfqq is async
4548          * (b) bfqq is in the idle io prio class: in this case we do
4549          * not idle because we want to minimize the bandwidth that
4550          * queues in this class can steal to higher-priority queues
4551          */
4552         if (bfqd->bfq_slice_idle == 0 || !bfq_bfqq_sync(bfqq) ||
4553            bfq_class_idle(bfqq))
4554                 return false;
4555
4556         idling_boosts_thr_with_no_issue =
4557                 idling_boosts_thr_without_issues(bfqd, bfqq);
4558
4559         idling_needed_for_service_guar =
4560                 idling_needed_for_service_guarantees(bfqd, bfqq);
4561
4562         /*
4563          * We have now the two components we need to compute the
4564          * return value of the function, which is true only if idling
4565          * either boosts the throughput (without issues), or is
4566          * necessary to preserve service guarantees.
4567          */
4568         return idling_boosts_thr_with_no_issue ||
4569                 idling_needed_for_service_guar;
4570 }
4571
4572 /*
4573  * If the in-service queue is empty but the function bfq_better_to_idle
4574  * returns true, then:
4575  * 1) the queue must remain in service and cannot be expired, and
4576  * 2) the device must be idled to wait for the possible arrival of a new
4577  *    request for the queue.
4578  * See the comments on the function bfq_better_to_idle for the reasons
4579  * why performing device idling is the best choice to boost the throughput
4580  * and preserve service guarantees when bfq_better_to_idle itself
4581  * returns true.
4582  */
4583 static bool bfq_bfqq_must_idle(struct bfq_queue *bfqq)
4584 {
4585         return RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) && bfq_better_to_idle(bfqq);
4586 }
4587
4588 /*
4589  * This function chooses the queue from which to pick the next extra
4590  * I/O request to inject, if it finds a compatible queue. See the
4591  * comments on bfq_update_inject_limit() for details on the injection
4592  * mechanism, and for the definitions of the quantities mentioned
4593  * below.
4594  */
4595 static struct bfq_queue *
4596 bfq_choose_bfqq_for_injection(struct bfq_data *bfqd)
4597 {
4598         struct bfq_queue *bfqq, *in_serv_bfqq = bfqd->in_service_queue;
4599         unsigned int limit = in_serv_bfqq->inject_limit;
4600         /*
4601          * If
4602          * - bfqq is not weight-raised and therefore does not carry
4603          *   time-critical I/O,
4604          * or
4605          * - regardless of whether bfqq is weight-raised, bfqq has
4606          *   however a long think time, during which it can absorb the
4607          *   effect of an appropriate number of extra I/O requests
4608          *   from other queues (see bfq_update_inject_limit for
4609          *   details on the computation of this number);
4610          * then injection can be performed without restrictions.
4611          */
4612         bool in_serv_always_inject = in_serv_bfqq->wr_coeff == 1 ||
4613                 !bfq_bfqq_has_short_ttime(in_serv_bfqq);
4614
4615         /*
4616          * If
4617          * - the baseline total service time could not be sampled yet,
4618          *   so the inject limit happens to be still 0, and
4619          * - a lot of time has elapsed since the plugging of I/O
4620          *   dispatching started, so drive speed is being wasted
4621          *   significantly;
4622          * then temporarily raise inject limit to one request.
4623          */
4624         if (limit == 0 && in_serv_bfqq->last_serv_time_ns == 0 &&
4625             bfq_bfqq_wait_request(in_serv_bfqq) &&
4626             time_is_before_eq_jiffies(bfqd->last_idling_start_jiffies +
4627                                       bfqd->bfq_slice_idle)
4628                 )
4629                 limit = 1;
4630
4631         if (bfqd->rq_in_driver >= limit)
4632                 return NULL;
4633
4634         /*
4635          * Linear search of the source queue for injection; but, with
4636          * a high probability, very few steps are needed to find a
4637          * candidate queue, i.e., a queue with enough budget left for
4638          * its next request. In fact:
4639          * - BFQ dynamically updates the budget of every queue so as
4640          *   to accommodate the expected backlog of the queue;
4641          * - if a queue gets all its requests dispatched as injected
4642          *   service, then the queue is removed from the active list
4643          *   (and re-added only if it gets new requests, but then it
4644          *   is assigned again enough budget for its new backlog).
4645          */
4646         list_for_each_entry(bfqq, &bfqd->active_list, bfqq_list)
4647                 if (!RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) &&
4648                     (in_serv_always_inject || bfqq->wr_coeff > 1) &&
4649                     bfq_serv_to_charge(bfqq->next_rq, bfqq) <=
4650                     bfq_bfqq_budget_left(bfqq)) {
4651                         /*
4652                          * Allow for only one large in-flight request
4653                          * on non-rotational devices, for the
4654                          * following reason. On non-rotationl drives,
4655                          * large requests take much longer than
4656                          * smaller requests to be served. In addition,
4657                          * the drive prefers to serve large requests
4658                          * w.r.t. to small ones, if it can choose. So,
4659                          * having more than one large requests queued
4660                          * in the drive may easily make the next first
4661                          * request of the in-service queue wait for so
4662                          * long to break bfqq's service guarantees. On
4663                          * the bright side, large requests let the
4664                          * drive reach a very high throughput, even if
4665                          * there is only one in-flight large request
4666                          * at a time.
4667                          */
4668                         if (blk_queue_nonrot(bfqd->queue) &&
4669                             blk_rq_sectors(bfqq->next_rq) >=
4670                             BFQQ_SECT_THR_NONROT)
4671                                 limit = min_t(unsigned int, 1, limit);
4672                         else
4673                                 limit = in_serv_bfqq->inject_limit;
4674
4675                         if (bfqd->rq_in_driver < limit) {
4676                                 bfqd->rqs_injected = true;
4677                                 return bfqq;
4678                         }
4679                 }
4680
4681         return NULL;
4682 }
4683
4684 /*
4685  * Select a queue for service.  If we have a current queue in service,
4686  * check whether to continue servicing it, or retrieve and set a new one.
4687  */
4688 static struct bfq_queue *bfq_select_queue(struct bfq_data *bfqd)
4689 {
4690         struct bfq_queue *bfqq;
4691         struct request *next_rq;
4692         enum bfqq_expiration reason = BFQQE_BUDGET_TIMEOUT;
4693
4694         bfqq = bfqd->in_service_queue;
4695         if (!bfqq)
4696                 goto new_queue;
4697
4698         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "select_queue: already in-service queue");
4699
4700         /*
4701          * Do not expire bfqq for budget timeout if bfqq may be about
4702          * to enjoy device idling. The reason why, in this case, we
4703          * prevent bfqq from expiring is the same as in the comments
4704          * on the case where bfq_bfqq_must_idle() returns true, in
4705          * bfq_completed_request().
4706          */
4707         if (bfq_may_expire_for_budg_timeout(bfqq) &&
4708             !bfq_bfqq_must_idle(bfqq))
4709                 goto expire;
4710
4711 check_queue:
4712         /*
4713          * This loop is rarely executed more than once. Even when it
4714          * happens, it is much more convenient to re-execute this loop
4715          * than to return NULL and trigger a new dispatch to get a
4716          * request served.
4717          */
4718         next_rq = bfqq->next_rq;
4719         /*
4720          * If bfqq has requests queued and it has enough budget left to
4721          * serve them, keep the queue, otherwise expire it.
4722          */
4723         if (next_rq) {
4724                 if (bfq_serv_to_charge(next_rq, bfqq) >
4725                         bfq_bfqq_budget_left(bfqq)) {
4726                         /*
4727                          * Expire the queue for budget exhaustion,
4728                          * which makes sure that the next budget is
4729                          * enough to serve the next request, even if
4730                          * it comes from the fifo expired path.
4731                          */
4732                         reason = BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED;
4733                         goto expire;
4734                 } else {
4735                         /*
4736                          * The idle timer may be pending because we may
4737                          * not disable disk idling even when a new request
4738                          * arrives.
4739                          */
4740                         if (bfq_bfqq_wait_request(bfqq)) {
4741                                 /*
4742                                  * If we get here: 1) at least a new request
4743                                  * has arrived but we have not disabled the
4744                                  * timer because the request was too small,
4745                                  * 2) then the block layer has unplugged
4746                                  * the device, causing the dispatch to be
4747                                  * invoked.
4748                                  *
4749                                  * Since the device is unplugged, now the
4750                                  * requests are probably large enough to
4751                                  * provide a reasonable throughput.
4752                                  * So we disable idling.
4753                                  */
4754                                 bfq_clear_bfqq_wait_request(bfqq);
4755                                 hrtimer_try_to_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
4756                         }
4757                         goto keep_queue;
4758                 }
4759         }
4760
4761         /*
4762          * No requests pending. However, if the in-service queue is idling
4763          * for a new request, or has requests waiting for a completion and
4764          * may idle after their completion, then keep it anyway.
4765          *
4766          * Yet, inject service from other queues if it boosts
4767          * throughput and is possible.
4768          */
4769         if (bfq_bfqq_wait_request(bfqq) ||
4770             (bfqq->dispatched != 0 && bfq_better_to_idle(bfqq))) {
4771                 struct bfq_queue *async_bfqq =
4772                         bfqq->bic && bfqq->bic->bfqq[0] &&
4773                         bfq_bfqq_busy(bfqq->bic->bfqq[0]) &&
4774                         bfqq->bic->bfqq[0]->next_rq ?
4775                         bfqq->bic->bfqq[0] : NULL;
4776                 struct bfq_queue *blocked_bfqq =
4777                         !hlist_empty(&bfqq->woken_list) ?
4778                         container_of(bfqq->woken_list.first,
4779                                      struct bfq_queue,
4780                                      woken_list_node)
4781                         : NULL;
4782
4783                 /*
4784                  * The next four mutually-exclusive ifs decide
4785                  * whether to try injection, and choose the queue to
4786                  * pick an I/O request from.
4787                  *
4788                  * The first if checks whether the process associated
4789                  * with bfqq has also async I/O pending. If so, it
4790                  * injects such I/O unconditionally. Injecting async
4791                  * I/O from the same process can cause no harm to the
4792                  * process. On the contrary, it can only increase
4793                  * bandwidth and reduce latency for the process.
4794                  *
4795                  * The second if checks whether there happens to be a
4796                  * non-empty waker queue for bfqq, i.e., a queue whose
4797                  * I/O needs to be completed for bfqq to receive new
4798                  * I/O. This happens, e.g., if bfqq is associated with
4799                  * a process that does some sync. A sync generates
4800                  * extra blocking I/O, which must be completed before
4801                  * the process associated with bfqq can go on with its
4802                  * I/O. If the I/O of the waker queue is not served,
4803                  * then bfqq remains empty, and no I/O is dispatched,
4804                  * until the idle timeout fires for bfqq. This is
4805                  * likely to result in lower bandwidth and higher
4806                  * latencies for bfqq, and in a severe loss of total
4807                  * throughput. The best action to take is therefore to
4808                  * serve the waker queue as soon as possible. So do it
4809                  * (without relying on the third alternative below for
4810                  * eventually serving waker_bfqq's I/O; see the last
4811                  * paragraph for further details). This systematic
4812                  * injection of I/O from the waker queue does not
4813                  * cause any delay to bfqq's I/O. On the contrary,
4814                  * next bfqq's I/O is brought forward dramatically,
4815                  * for it is not blocked for milliseconds.
4816                  *
4817                  * The third if checks whether there is a queue woken
4818                  * by bfqq, and currently with pending I/O. Such a
4819                  * woken queue does not steal bandwidth from bfqq,
4820                  * because it remains soon without I/O if bfqq is not
4821                  * served. So there is virtually no risk of loss of
4822                  * bandwidth for bfqq if this woken queue has I/O
4823                  * dispatched while bfqq is waiting for new I/O.
4824                  *
4825                  * The fourth if checks whether bfqq is a queue for
4826                  * which it is better to avoid injection. It is so if
4827                  * bfqq delivers more throughput when served without
4828                  * any further I/O from other queues in the middle, or
4829                  * if the service times of bfqq's I/O requests both
4830                  * count more than overall throughput, and may be
4831                  * easily increased by injection (this happens if bfqq
4832                  * has a short think time). If none of these
4833                  * conditions holds, then a candidate queue for
4834                  * injection is looked for through
4835                  * bfq_choose_bfqq_for_injection(). Note that the
4836                  * latter may return NULL (for example if the inject
4837                  * limit for bfqq is currently 0).
4838                  *
4839                  * NOTE: motivation for the second alternative
4840                  *
4841                  * Thanks to the way the inject limit is updated in
4842                  * bfq_update_has_short_ttime(), it is rather likely
4843                  * that, if I/O is being plugged for bfqq and the
4844                  * waker queue has pending I/O requests that are
4845                  * blocking bfqq's I/O, then the fourth alternative
4846                  * above lets the waker queue get served before the
4847                  * I/O-plugging timeout fires. So one may deem the
4848                  * second alternative superfluous. It is not, because
4849                  * the fourth alternative may be way less effective in
4850                  * case of a synchronization. For two main
4851                  * reasons. First, throughput may be low because the
4852                  * inject limit may be too low to guarantee the same
4853                  * amount of injected I/O, from the waker queue or
4854                  * other queues, that the second alternative
4855                  * guarantees (the second alternative unconditionally
4856                  * injects a pending I/O request of the waker queue
4857                  * for each bfq_dispatch_request()). Second, with the
4858                  * fourth alternative, the duration of the plugging,
4859                  * i.e., the time before bfqq finally receives new I/O,
4860                  * may not be minimized, because the waker queue may
4861                  * happen to be served only after other queues.
4862                  */
4863                 if (async_bfqq &&
4864                     icq_to_bic(async_bfqq->next_rq->elv.icq) == bfqq->bic &&
4865                     bfq_serv_to_charge(async_bfqq->next_rq, async_bfqq) <=
4866                     bfq_bfqq_budget_left(async_bfqq))
4867                         bfqq = bfqq->bic->bfqq[0];
4868                 else if (bfqq->waker_bfqq &&
4869                            bfq_bfqq_busy(bfqq->waker_bfqq) &&
4870                            bfqq->waker_bfqq->next_rq &&
4871                            bfq_serv_to_charge(bfqq->waker_bfqq->next_rq,
4872                                               bfqq->waker_bfqq) <=
4873                            bfq_bfqq_budget_left(bfqq->waker_bfqq)
4874                         )
4875                         bfqq = bfqq->waker_bfqq;
4876                 else if (blocked_bfqq &&
4877                            bfq_bfqq_busy(blocked_bfqq) &&
4878                            blocked_bfqq->next_rq &&
4879                            bfq_serv_to_charge(blocked_bfqq->next_rq,
4880                                               blocked_bfqq) <=
4881                            bfq_bfqq_budget_left(blocked_bfqq)
4882                         )
4883                         bfqq = blocked_bfqq;
4884                 else if (!idling_boosts_thr_without_issues(bfqd, bfqq) &&
4885                          (bfqq->wr_coeff == 1 || bfqd->wr_busy_queues > 1 ||
4886                           !bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq)))
4887                         bfqq = bfq_choose_bfqq_for_injection(bfqd);
4888                 else
4889                         bfqq = NULL;
4890
4891                 goto keep_queue;
4892         }
4893
4894         reason = BFQQE_NO_MORE_REQUESTS;
4895 expire:
4896         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false, reason);
4897 new_queue:
4898         bfqq = bfq_set_in_service_queue(bfqd);
4899         if (bfqq) {
4900                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "select_queue: checking new queue");
4901                 goto check_queue;
4902         }
4903 keep_queue:
4904         if (bfqq)
4905                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "select_queue: returned this queue");
4906         else
4907                 bfq_log(bfqd, "select_queue: no queue returned");
4908
4909         return bfqq;
4910 }
4911
4912 static void bfq_update_wr_data(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
4913 {
4914         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
4915
4916         if (bfqq->wr_coeff > 1) { /* queue is being weight-raised */
4917                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq,
4918                         "raising period dur %u/%u msec, old coeff %u, w %d(%d)",
4919                         jiffies_to_msecs(jiffies - bfqq->last_wr_start_finish),
4920                         jiffies_to_msecs(bfqq->wr_cur_max_time),
4921                         bfqq->wr_coeff,
4922                         bfqq->entity.weight, bfqq->entity.orig_weight);
4923
4924                 if (entity->prio_changed)
4925                         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "WARN: pending prio change");
4926
4927                 /*
4928                  * If the queue was activated in a burst, or too much
4929                  * time has elapsed from the beginning of this
4930                  * weight-raising period, then end weight raising.
4931                  */
4932                 if (bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq))
4933                         bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
4934                 else if (time_is_before_jiffies(bfqq->last_wr_start_finish +
4935                                                 bfqq->wr_cur_max_time)) {
4936                         if (bfqq->wr_cur_max_time != bfqd->bfq_wr_rt_max_time ||
4937                         time_is_before_jiffies(bfqq->wr_start_at_switch_to_srt +
4938                                                bfq_wr_duration(bfqd))) {
4939                                 /*
4940                                  * Either in interactive weight
4941                                  * raising, or in soft_rt weight
4942                                  * raising with the
4943                                  * interactive-weight-raising period
4944                                  * elapsed (so no switch back to
4945                                  * interactive weight raising).
4946                                  */
4947                                 bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
4948                         } else { /*
4949                                   * soft_rt finishing while still in
4950                                   * interactive period, switch back to
4951                                   * interactive weight raising
4952                                   */
4953                                 switch_back_to_interactive_wr(bfqq, bfqd);
4954                                 bfqq->entity.prio_changed = 1;
4955                         }
4956                 }
4957                 if (bfqq->wr_coeff > 1 &&
4958                     bfqq->wr_cur_max_time != bfqd->bfq_wr_rt_max_time &&
4959                     bfqq->service_from_wr > max_service_from_wr) {
4960                         /* see comments on max_service_from_wr */
4961                         bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
4962                 }
4963         }
4964         /*
4965          * To improve latency (for this or other queues), immediately
4966          * update weight both if it must be raised and if it must be
4967          * lowered. Since, entity may be on some active tree here, and
4968          * might have a pending change of its ioprio class, invoke
4969          * next function with the last parameter unset (see the
4970          * comments on the function).
4971          */
4972         if ((entity->weight > entity->orig_weight) != (bfqq->wr_coeff > 1))
4973                 __bfq_entity_update_weight_prio(bfq_entity_service_tree(entity),
4974                                                 entity, false);
4975 }
4976
4977 /*
4978  * Dispatch next request from bfqq.
4979  */
4980 static struct request *bfq_dispatch_rq_from_bfqq(struct bfq_data *bfqd,
4981                                                  struct bfq_queue *bfqq)
4982 {
4983         struct request *rq = bfqq->next_rq;
4984         unsigned long service_to_charge;
4985
4986         service_to_charge = bfq_serv_to_charge(rq, bfqq);
4987
4988         bfq_bfqq_served(bfqq, service_to_charge);
4989
4990         if (bfqq == bfqd->in_service_queue && bfqd->wait_dispatch) {
4991                 bfqd->wait_dispatch = false;
4992                 bfqd->waited_rq = rq;
4993         }
4994
4995         bfq_dispatch_remove(bfqd->queue, rq);
4996
4997         if (bfqq != bfqd->in_service_queue)
4998                 goto return_rq;
4999
5000         /*
5001          * If weight raising has to terminate for bfqq, then next
5002          * function causes an immediate update of bfqq's weight,
5003          * without waiting for next activation. As a consequence, on
5004          * expiration, bfqq will be timestamped as if has never been
5005          * weight-raised during this service slot, even if it has
5006          * received part or even most of the service as a
5007          * weight-raised queue. This inflates bfqq's timestamps, which
5008          * is beneficial, as bfqq is then more willing to leave the
5009          * device immediately to possible other weight-raised queues.
5010          */
5011         bfq_update_wr_data(bfqd, bfqq);
5012
5013         /*
5014          * Expire bfqq, pretending that its budget expired, if bfqq
5015          * belongs to CLASS_IDLE and other queues are waiting for
5016          * service.
5017          */
5018         if (!(bfq_tot_busy_queues(bfqd) > 1 && bfq_class_idle(bfqq)))
5019                 goto return_rq;
5020
5021         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false, BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED);
5022
5023 return_rq:
5024         return rq;
5025 }
5026
5027 static bool bfq_has_work(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
5028 {
5029         struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
5030
5031         /*
5032          * Avoiding lock: a race on bfqd->busy_queues should cause at
5033          * most a call to dispatch for nothing
5034          */
5035         return !list_empty_careful(&bfqd->dispatch) ||
5036                 bfq_tot_busy_queues(bfqd) > 0;
5037 }
5038
5039 static struct request *__bfq_dispatch_request(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
5040 {
5041         struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
5042         struct request *rq = NULL;
5043         struct bfq_queue *bfqq = NULL;
5044
5045         if (!list_empty(&bfqd->dispatch)) {
5046                 rq = list_first_entry(&bfqd->dispatch, struct request,
5047                                       queuelist);
5048                 list_del_init(&rq->queuelist);
5049
5050                 bfqq = RQ_BFQQ(rq);
5051
5052                 if (bfqq) {
5053                         /*
5054                          * Increment counters here, because this
5055                          * dispatch does not follow the standard
5056                          * dispatch flow (where counters are
5057                          * incremented)
5058                          */
5059                         bfqq->dispatched++;
5060
5061                         goto inc_in_driver_start_rq;
5062                 }
5063
5064                 /*
5065                  * We exploit the bfq_finish_requeue_request hook to
5066                  * decrement rq_in_driver, but
5067                  * bfq_finish_requeue_request will not be invoked on
5068                  * this request. So, to avoid unbalance, just start
5069                  * this request, without incrementing rq_in_driver. As
5070                  * a negative consequence, rq_in_driver is deceptively
5071                  * lower than it should be while this request is in
5072                  * service. This may cause bfq_schedule_dispatch to be
5073                  * invoked uselessly.
5074                  *
5075                  * As for implementing an exact solution, the
5076                  * bfq_finish_requeue_request hook, if defined, is
5077                  * probably invoked also on this request. So, by
5078                  * exploiting this hook, we could 1) increment
5079                  * rq_in_driver here, and 2) decrement it in
5080                  * bfq_finish_requeue_request. Such a solution would
5081                  * let the value of the counter be always accurate,
5082                  * but it would entail using an extra interface
5083                  * function. This cost seems higher than the benefit,
5084                  * being the frequency of non-elevator-private
5085                  * requests very low.
5086                  */
5087                 goto start_rq;
5088         }
5089
5090         bfq_log(bfqd, "dispatch requests: %d busy queues",
5091                 bfq_tot_busy_queues(bfqd));
5092
5093         if (bfq_tot_busy_queues(bfqd) == 0)
5094                 goto exit;
5095
5096         /*
5097          * Force device to serve one request at a time if
5098          * strict_guarantees is true. Forcing this service scheme is
5099          * currently the ONLY way to guarantee that the request
5100          * service order enforced by the scheduler is respected by a
5101          * queueing device. Otherwise the device is free even to make
5102          * some unlucky request wait for as long as the device
5103          * wishes.
5104          *
5105          * Of course, serving one request at a time may cause loss of
5106          * throughput.
5107          */
5108         if (bfqd->strict_guarantees && bfqd->rq_in_driver > 0)
5109                 goto exit;
5110
5111         bfqq = bfq_select_queue(bfqd);
5112         if (!bfqq)
5113                 goto exit;
5114
5115         rq = bfq_dispatch_rq_from_bfqq(bfqd, bfqq);
5116
5117         if (rq) {
5118 inc_in_driver_start_rq:
5119                 bfqd->rq_in_driver++;
5120 start_rq:
5121                 rq->rq_flags |= RQF_STARTED;
5122         }
5123 exit:
5124         return rq;
5125 }
5126
5127 #ifdef CONFIG_BFQ_CGROUP_DEBUG
5128 static void bfq_update_dispatch_stats(struct request_queue *q,
5129                                       struct request *rq,
5130                                       struct bfq_queue *in_serv_queue,
5131                                       bool idle_timer_disabled)
5132 {
5133         struct bfq_queue *bfqq = rq ? RQ_BFQQ(rq) : NULL;
5134
5135         if (!idle_timer_disabled && !bfqq)
5136                 return;
5137
5138         /*
5139          * rq and bfqq are guaranteed to exist until this function
5140          * ends, for the following reasons. First, rq can be
5141          * dispatched to the device, and then can be completed and
5142          * freed, only after this function ends. Second, rq cannot be
5143          * merged (and thus freed because of a merge) any longer,
5144          * because it has already started. Thus rq cannot be freed
5145          * before this function ends, and, since rq has a reference to
5146          * bfqq, the same guarantee holds for bfqq too.
5147          *
5148          * In addition, the following queue lock guarantees that
5149          * bfqq_group(bfqq) exists as well.
5150          */
5151         spin_lock_irq(&q->queue_lock);
5152         if (idle_timer_disabled)
5153                 /*
5154                  * Since the idle timer has been disabled,
5155                  * in_serv_queue contained some request when
5156                  * __bfq_dispatch_request was invoked above, which
5157                  * implies that rq was picked exactly from
5158                  * in_serv_queue. Thus in_serv_queue == bfqq, and is
5159                  * therefore guaranteed to exist because of the above
5160                  * arguments.
5161                  */
5162                 bfqg_stats_update_idle_time(bfqq_group(in_serv_queue));
5163         if (bfqq) {
5164                 struct bfq_group *bfqg = bfqq_group(bfqq);
5165
5166                 bfqg_stats_update_avg_queue_size(bfqg);
5167                 bfqg_stats_set_start_empty_time(bfqg);
5168                 bfqg_stats_update_io_remove(bfqg, rq->cmd_flags);
5169         }
5170         spin_unlock_irq(&q->queue_lock);
5171 }
5172 #else
5173 static inline void bfq_update_dispatch_stats(struct request_queue *q,
5174                                              struct request *rq,
5175                                              struct bfq_queue *in_serv_queue,
5176                                              bool idle_timer_disabled) {}
5177 #endif /* CONFIG_BFQ_CGROUP_DEBUG */
5178
5179 static struct request *bfq_dispatch_request(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
5180 {
5181         struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
5182         struct request *rq;
5183         struct bfq_queue *in_serv_queue;
5184         bool waiting_rq, idle_timer_disabled;
5185
5186         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
5187
5188         in_serv_queue = bfqd->in_service_queue;
5189         waiting_rq = in_serv_queue && bfq_bfqq_wait_request(in_serv_queue);
5190
5191         rq = __bfq_dispatch_request(hctx);
5192
5193         idle_timer_disabled =
5194                 waiting_rq && !bfq_bfqq_wait_request(in_serv_queue);
5195
5196         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
5197
5198         bfq_update_dispatch_stats(hctx->queue, rq, in_serv_queue,
5199                                   idle_timer_disabled);
5200
5201         return rq;
5202 }
5203
5204 /*
5205  * Task holds one reference to the queue, dropped when task exits.  Each rq
5206  * in-flight on this queue also holds a reference, dropped when rq is freed.
5207  *
5208  * Scheduler lock must be held here. Recall not to use bfqq after calling
5209  * this function on it.
5210  */
5211 void bfq_put_queue(struct bfq_queue *bfqq)
5212 {
5213         struct bfq_queue *item;
5214         struct hlist_node *n;
5215         struct bfq_group *bfqg = bfqq_group(bfqq);
5216
5217         if (bfqq->bfqd)
5218                 bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "put_queue: %p %d",
5219                              bfqq, bfqq->ref);
5220
5221         bfqq->ref--;
5222         if (bfqq->ref)
5223                 return;
5224
5225         if (!hlist_unhashed(&bfqq->burst_list_node)) {
5226                 hlist_del_init(&bfqq->burst_list_node);
5227                 /*
5228                  * Decrement also burst size after the removal, if the
5229                  * process associated with bfqq is exiting, and thus
5230                  * does not contribute to the burst any longer. This
5231                  * decrement helps filter out false positives of large
5232                  * bursts, when some short-lived process (often due to
5233                  * the execution of commands by some service) happens
5234                  * to start and exit while a complex application is
5235                  * starting, and thus spawning several processes that
5236                  * do I/O (and that *must not* be treated as a large
5237                  * burst, see comments on bfq_handle_burst).
5238                  *
5239                  * In particular, the decrement is performed only if:
5240                  * 1) bfqq is not a merged queue, because, if it is,
5241                  * then this free of bfqq is not triggered by the exit
5242                  * of the process bfqq is associated with, but exactly
5243                  * by the fact that bfqq has just been merged.
5244                  * 2) burst_size is greater than 0, to handle
5245                  * unbalanced decrements. Unbalanced decrements may
5246                  * happen in te following case: bfqq is inserted into
5247                  * the current burst list--without incrementing
5248                  * bust_size--because of a split, but the current
5249                  * burst list is not the burst list bfqq belonged to
5250                  * (see comments on the case of a split in
5251                  * bfq_set_request).
5252                  */
5253                 if (bfqq->bic && bfqq->bfqd->burst_size > 0)
5254                         bfqq->bfqd->burst_size--;
5255         }
5256
5257         /*
5258          * bfqq does not exist any longer, so it cannot be woken by
5259          * any other queue, and cannot wake any other queue. Then bfqq
5260          * must be removed from the woken list of its possible waker
5261          * queue, and all queues in the woken list of bfqq must stop
5262          * having a waker queue. Strictly speaking, these updates
5263          * should be performed when bfqq remains with no I/O source
5264          * attached to it, which happens before bfqq gets freed. In
5265          * particular, this happens when the last process associated
5266          * with bfqq exits or gets associated with a different
5267          * queue. However, both events lead to bfqq being freed soon,
5268          * and dangling references would come out only after bfqq gets
5269          * freed. So these updates are done here, as a simple and safe
5270          * way to handle all cases.
5271          */
5272         /* remove bfqq from woken list */
5273         if (!hlist_unhashed(&bfqq->woken_list_node))
5274                 hlist_del_init(&bfqq->woken_list_node);
5275
5276         /* reset waker for all queues in woken list */
5277         hlist_for_each_entry_safe(item, n, &bfqq->woken_list,
5278                                   woken_list_node) {
5279                 item->waker_bfqq = NULL;
5280                 hlist_del_init(&item->woken_list_node);
5281         }
5282
5283         if (bfqq->bfqd && bfqq->bfqd->last_completed_rq_bfqq == bfqq)
5284                 bfqq->bfqd->last_completed_rq_bfqq = NULL;
5285
5286         kmem_cache_free(bfq_pool, bfqq);
5287         bfqg_and_blkg_put(bfqg);
5288 }
5289
5290 static void bfq_put_stable_ref(struct bfq_queue *bfqq)
5291 {
5292         bfqq->stable_ref--;
5293         bfq_put_queue(bfqq);
5294 }
5295
5296 static void bfq_put_cooperator(struct bfq_queue *bfqq)
5297 {
5298         struct bfq_queue *__bfqq, *next;
5299
5300         /*
5301          * If this queue was scheduled to merge with another queue, be
5302          * sure to drop the reference taken on that queue (and others in
5303          * the merge chain). See bfq_setup_merge and bfq_merge_bfqqs.
5304          */
5305         __bfqq = bfqq->new_bfqq;
5306         while (__bfqq) {
5307                 if (__bfqq == bfqq)
5308                         break;
5309                 next = __bfqq->new_bfqq;
5310                 bfq_put_queue(__bfqq);
5311                 __bfqq = next;
5312         }
5313 }
5314
5315 static void bfq_exit_bfqq(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
5316 {
5317         if (bfqq == bfqd->in_service_queue) {
5318                 __bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, BFQQE_BUDGET_TIMEOUT);
5319                 bfq_schedule_dispatch(bfqd);
5320         }
5321
5322         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "exit_bfqq: %p, %d", bfqq, bfqq->ref);
5323
5324         bfq_put_cooperator(bfqq);
5325
5326         bfq_release_process_ref(bfqd, bfqq);
5327 }
5328
5329 static void bfq_exit_icq_bfqq(struct bfq_io_cq *bic, bool is_sync)
5330 {
5331         struct bfq_queue *bfqq = bic_to_bfqq(bic, is_sync);
5332         struct bfq_data *bfqd;
5333
5334         if (bfqq)
5335                 bfqd = bfqq->bfqd; /* NULL if scheduler already exited */
5336
5337         if (bfqq && bfqd) {
5338                 unsigned long flags;
5339
5340                 spin_lock_irqsave(&bfqd->lock, flags);
5341                 bfqq->bic = NULL;
5342                 bfq_exit_bfqq(bfqd, bfqq);
5343                 bic_set_bfqq(bic, NULL, is_sync);
5344                 spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
5345         }
5346 }
5347
5348 static void bfq_exit_icq(struct io_cq *icq)
5349 {
5350         struct bfq_io_cq *bic = icq_to_bic(icq);
5351
5352         if (bic->stable_merge_bfqq) {
5353                 struct bfq_data *bfqd = bic->stable_merge_bfqq->bfqd;
5354
5355                 /*
5356                  * bfqd is NULL if scheduler already exited, and in
5357                  * that case this is the last time bfqq is accessed.
5358                  */
5359                 if (bfqd) {
5360                         unsigned long flags;
5361
5362                         spin_lock_irqsave(&bfqd->lock, flags);
5363                         bfq_put_stable_ref(bic->stable_merge_bfqq);
5364                         spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
5365                 } else {
5366                         bfq_put_stable_ref(bic->stable_merge_bfqq);
5367                 }
5368         }
5369
5370         bfq_exit_icq_bfqq(bic, true);
5371         bfq_exit_icq_bfqq(bic, false);
5372 }
5373
5374 /*
5375  * Update the entity prio values; note that the new values will not
5376  * be used until the next (re)activation.
5377  */
5378 static void
5379 bfq_set_next_ioprio_data(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_io_cq *bic)
5380 {
5381         struct task_struct *tsk = current;
5382         int ioprio_class;
5383         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
5384
5385         if (!bfqd)
5386                 return;
5387
5388         ioprio_class = IOPRIO_PRIO_CLASS(bic->ioprio);
5389         switch (ioprio_class) {
5390         default:
5391                 pr_err("bdi %s: bfq: bad prio class %d\n",
5392                         bdi_dev_name(bfqq->bfqd->queue->disk->bdi),
5393                         ioprio_class);
5394                 fallthrough;
5395         case IOPRIO_CLASS_NONE:
5396                 /*
5397                  * No prio set, inherit CPU scheduling settings.
5398                  */
5399                 bfqq->new_ioprio = task_nice_ioprio(tsk);
5400                 bfqq->new_ioprio_class = task_nice_ioclass(tsk);
5401                 break;
5402         case IOPRIO_CLASS_RT:
5403                 bfqq->new_ioprio = IOPRIO_PRIO_DATA(bic->ioprio);
5404                 bfqq->new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_RT;
5405                 break;
5406         case IOPRIO_CLASS_BE:
5407                 bfqq->new_ioprio = IOPRIO_PRIO_DATA(bic->ioprio);
5408                 bfqq->new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_BE;
5409                 break;
5410         case IOPRIO_CLASS_IDLE:
5411                 bfqq->new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_IDLE;
5412                 bfqq->new_ioprio = 7;
5413                 break;
5414         }
5415
5416         if (bfqq->new_ioprio >= IOPRIO_NR_LEVELS) {
5417                 pr_crit("bfq_set_next_ioprio_data: new_ioprio %d\n",
5418                         bfqq->new_ioprio);
5419                 bfqq->new_ioprio = IOPRIO_NR_LEVELS - 1;
5420         }
5421
5422         bfqq->entity.new_weight = bfq_ioprio_to_weight(bfqq->new_ioprio);
5423         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "new_ioprio %d new_weight %d",
5424                      bfqq->new_ioprio, bfqq->entity.new_weight);
5425         bfqq->entity.prio_changed = 1;
5426 }
5427
5428 static struct bfq_queue *bfq_get_queue(struct bfq_data *bfqd,
5429                                        struct bio *bio, bool is_sync,
5430                                        struct bfq_io_cq *bic,
5431                                        bool respawn);
5432
5433 static void bfq_check_ioprio_change(struct bfq_io_cq *bic, struct bio *bio)
5434 {
5435         struct bfq_data *bfqd = bic_to_bfqd(bic);
5436         struct bfq_queue *bfqq;
5437         int ioprio = bic->icq.ioc->ioprio;
5438
5439         /*
5440          * This condition may trigger on a newly created bic, be sure to
5441          * drop the lock before returning.
5442          */
5443         if (unlikely(!bfqd) || likely(bic->ioprio == ioprio))
5444                 return;
5445
5446         bic->ioprio = ioprio;
5447
5448         bfqq = bic_to_bfqq(bic, false);
5449         if (bfqq) {
5450                 bfq_release_process_ref(bfqd, bfqq);
5451                 bfqq = bfq_get_queue(bfqd, bio, BLK_RW_ASYNC, bic, true);
5452                 bic_set_bfqq(bic, bfqq, false);
5453         }
5454
5455         bfqq = bic_to_bfqq(bic, true);
5456         if (bfqq)
5457                 bfq_set_next_ioprio_data(bfqq, bic);
5458 }
5459
5460 static void bfq_init_bfqq(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
5461                           struct bfq_io_cq *bic, pid_t pid, int is_sync)
5462 {
5463         u64 now_ns = ktime_get_ns();
5464
5465         RB_CLEAR_NODE(&bfqq->entity.rb_node);
5466         INIT_LIST_HEAD(&bfqq->fifo);
5467         INIT_HLIST_NODE(&bfqq->burst_list_node);
5468         INIT_HLIST_NODE(&bfqq->woken_list_node);
5469         INIT_HLIST_HEAD(&bfqq->woken_list);
5470
5471         bfqq->ref = 0;
5472         bfqq->bfqd = bfqd;
5473
5474         if (bic)
5475                 bfq_set_next_ioprio_data(bfqq, bic);
5476
5477         if (is_sync) {
5478                 /*
5479                  * No need to mark as has_short_ttime if in
5480                  * idle_class, because no device idling is performed
5481                  * for queues in idle class
5482                  */
5483                 if (!bfq_class_idle(bfqq))
5484                         /* tentatively mark as has_short_ttime */
5485                         bfq_mark_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
5486                 bfq_mark_bfqq_sync(bfqq);
5487                 bfq_mark_bfqq_just_created(bfqq);
5488         } else
5489                 bfq_clear_bfqq_sync(bfqq);
5490
5491         /* set end request to minus infinity from now */
5492         bfqq->ttime.last_end_request = now_ns + 1;
5493
5494         bfqq->creation_time = jiffies;
5495
5496         bfqq->io_start_time = now_ns;
5497
5498         bfq_mark_bfqq_IO_bound(bfqq);
5499
5500         bfqq->pid = pid;
5501
5502         /* Tentative initial value to trade off between thr and lat */
5503         bfqq->max_budget = (2 * bfq_max_budget(bfqd)) / 3;
5504         bfqq->budget_timeout = bfq_smallest_from_now();
5505
5506         bfqq->wr_coeff = 1;
5507         bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
5508         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt = bfq_smallest_from_now();
5509         bfqq->split_time = bfq_smallest_from_now();
5510
5511         /*
5512          * To not forget the possibly high bandwidth consumed by a
5513          * process/queue in the recent past,
5514          * bfq_bfqq_softrt_next_start() returns a value at least equal
5515          * to the current value of bfqq->soft_rt_next_start (see
5516          * comments on bfq_bfqq_softrt_next_start).  Set
5517          * soft_rt_next_start to now, to mean that bfqq has consumed
5518          * no bandwidth so far.
5519          */
5520         bfqq->soft_rt_next_start = jiffies;
5521
5522         /* first request is almost certainly seeky */
5523         bfqq->seek_history = 1;
5524 }
5525
5526 static struct bfq_queue **bfq_async_queue_prio(struct bfq_data *bfqd,
5527                                                struct bfq_group *bfqg,
5528                                                int ioprio_class, int ioprio)
5529 {
5530         switch (ioprio_class) {
5531         case IOPRIO_CLASS_RT:
5532                 return &bfqg->async_bfqq[0][ioprio];
5533         case IOPRIO_CLASS_NONE:
5534                 ioprio = IOPRIO_BE_NORM;
5535                 fallthrough;
5536         case IOPRIO_CLASS_BE:
5537                 return &bfqg->async_bfqq[1][ioprio];
5538         case IOPRIO_CLASS_IDLE:
5539                 return &bfqg->async_idle_bfqq;
5540         default:
5541                 return NULL;
5542         }
5543 }
5544
5545 static struct bfq_queue *
5546 bfq_do_early_stable_merge(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
5547                           struct bfq_io_cq *bic,
5548                           struct bfq_queue *last_bfqq_created)
5549 {
5550         struct bfq_queue *new_bfqq =
5551                 bfq_setup_merge(bfqq, last_bfqq_created);
5552
5553         if (!new_bfqq)
5554                 return bfqq;
5555
5556         if (new_bfqq->bic)
5557                 new_bfqq->bic->stably_merged = true;
5558         bic->stably_merged = true;
5559
5560         /*
5561          * Reusing merge functions. This implies that
5562          * bfqq->bic must be set too, for
5563          * bfq_merge_bfqqs to correctly save bfqq's
5564          * state before killing it.
5565          */
5566         bfqq->bic = bic;
5567         bfq_merge_bfqqs(bfqd, bic, bfqq, new_bfqq);
5568
5569         return new_bfqq;
5570 }
5571
5572 /*
5573  * Many throughput-sensitive workloads are made of several parallel
5574  * I/O flows, with all flows generated by the same application, or
5575  * more generically by the same task (e.g., system boot). The most
5576  * counterproductive action with these workloads is plugging I/O
5577  * dispatch when one of the bfq_queues associated with these flows
5578  * remains temporarily empty.
5579  *
5580  * To avoid this plugging, BFQ has been using a burst-handling
5581  * mechanism for years now. This mechanism has proven effective for
5582  * throughput, and not detrimental for service guarantees. The
5583  * following function pushes this mechanism a little bit further,
5584  * basing on the following two facts.
5585  *
5586  * First, all the I/O flows of a the same application or task
5587  * contribute to the execution/completion of that common application
5588  * or task. So the performance figures that matter are total
5589  * throughput of the flows and task-wide I/O latency.  In particular,
5590  * these flows do not need to be protected from each other, in terms
5591  * of individual bandwidth or latency.
5592  *
5593  * Second, the above fact holds regardless of the number of flows.
5594  *
5595  * Putting these two facts together, this commits merges stably the
5596  * bfq_queues associated with these I/O flows, i.e., with the
5597  * processes that generate these IO/ flows, regardless of how many the
5598  * involved processes are.
5599  *
5600  * To decide whether a set of bfq_queues is actually associated with
5601  * the I/O flows of a common application or task, and to merge these
5602  * queues stably, this function operates as follows: given a bfq_queue,
5603  * say Q2, currently being created, and the last bfq_queue, say Q1,
5604  * created before Q2, Q2 is merged stably with Q1 if
5605  * - very little time has elapsed since when Q1 was created
5606  * - Q2 has the same ioprio as Q1
5607  * - Q2 belongs to the same group as Q1
5608  *
5609  * Merging bfq_queues also reduces scheduling overhead. A fio test
5610  * with ten random readers on /dev/nullb shows a throughput boost of
5611  * 40%, with a quadcore. Since BFQ's execution time amounts to ~50% of
5612  * the total per-request processing time, the above throughput boost
5613  * implies that BFQ's overhead is reduced by more than 50%.
5614  *
5615  * This new mechanism most certainly obsoletes the current
5616  * burst-handling heuristics. We keep those heuristics for the moment.
5617  */
5618 static struct bfq_queue *bfq_do_or_sched_stable_merge(struct bfq_data *bfqd,
5619                                                       struct bfq_queue *bfqq,
5620                                                       struct bfq_io_cq *bic)
5621 {
5622         struct bfq_queue **source_bfqq = bfqq->entity.parent ?
5623                 &bfqq->entity.parent->last_bfqq_created :
5624                 &bfqd->last_bfqq_created;
5625
5626         struct bfq_queue *last_bfqq_created = *source_bfqq;
5627
5628         /*
5629          * If last_bfqq_created has not been set yet, then init it. If
5630          * it has been set already, but too long ago, then move it
5631          * forward to bfqq. Finally, move also if bfqq belongs to a
5632          * different group than last_bfqq_created, or if bfqq has a
5633          * different ioprio or ioprio_class. If none of these
5634          * conditions holds true, then try an early stable merge or
5635          * schedule a delayed stable merge.
5636          *
5637          * A delayed merge is scheduled (instead of performing an
5638          * early merge), in case bfqq might soon prove to be more
5639          * throughput-beneficial if not merged. Currently this is
5640          * possible only if bfqd is rotational with no queueing. For
5641          * such a drive, not merging bfqq is better for throughput if
5642          * bfqq happens to contain sequential I/O. So, we wait a
5643          * little bit for enough I/O to flow through bfqq. After that,
5644          * if such an I/O is sequential, then the merge is
5645          * canceled. Otherwise the merge is finally performed.
5646          */
5647         if (!last_bfqq_created ||
5648             time_before(last_bfqq_created->creation_time +
5649                         msecs_to_jiffies(bfq_activation_stable_merging),
5650                         bfqq->creation_time) ||
5651                 bfqq->entity.parent != last_bfqq_created->entity.parent ||
5652                 bfqq->ioprio != last_bfqq_created->ioprio ||
5653                 bfqq->ioprio_class != last_bfqq_created->ioprio_class)
5654                 *source_bfqq = bfqq;
5655         else if (time_after_eq(last_bfqq_created->creation_time +
5656                                  bfqd->bfq_burst_interval,
5657                                  bfqq->creation_time)) {
5658                 if (likely(bfqd->nonrot_with_queueing))
5659                         /*
5660                          * With this type of drive, leaving
5661                          * bfqq alone may provide no
5662                          * throughput benefits compared with
5663                          * merging bfqq. So merge bfqq now.
5664                          */
5665                         bfqq = bfq_do_early_stable_merge(bfqd, bfqq,
5666                                                          bic,
5667                                                          last_bfqq_created);
5668                 else { /* schedule tentative stable merge */
5669                         /*
5670                          * get reference on last_bfqq_created,
5671                          * to prevent it from being freed,
5672                          * until we decide whether to merge
5673                          */
5674                         last_bfqq_created->ref++;
5675                         /*
5676                          * need to keep track of stable refs, to
5677                          * compute process refs correctly
5678                          */
5679                         last_bfqq_created->stable_ref++;
5680                         /*
5681                          * Record the bfqq to merge to.
5682                          */
5683                         bic->stable_merge_bfqq = last_bfqq_created;
5684                 }
5685         }
5686
5687         return bfqq;
5688 }
5689
5690
5691 static struct bfq_queue *bfq_get_queue(struct bfq_data *bfqd,
5692                                        struct bio *bio, bool is_sync,
5693                                        struct bfq_io_cq *bic,
5694                                        bool respawn)
5695 {
5696         const int ioprio = IOPRIO_PRIO_DATA(bic->ioprio);
5697         const int ioprio_class = IOPRIO_PRIO_CLASS(bic->ioprio);
5698         struct bfq_queue **async_bfqq = NULL;
5699         struct bfq_queue *bfqq;
5700         struct bfq_group *bfqg;
5701
5702         rcu_read_lock();
5703
5704         bfqg = bfq_find_set_group(bfqd, __bio_blkcg(bio));
5705         if (!bfqg) {
5706                 bfqq = &bfqd->oom_bfqq;
5707                 goto out;
5708         }
5709
5710         if (!is_sync) {
5711                 async_bfqq = bfq_async_queue_prio(bfqd, bfqg, ioprio_class,
5712                                                   ioprio);
5713                 bfqq = *async_bfqq;
5714                 if (bfqq)
5715                         goto out;
5716         }
5717
5718         bfqq = kmem_cache_alloc_node(bfq_pool,
5719                                      GFP_NOWAIT | __GFP_ZERO | __GFP_NOWARN,
5720                                      bfqd->queue->node);
5721
5722         if (bfqq) {
5723                 bfq_init_bfqq(bfqd, bfqq, bic, current->pid,
5724                               is_sync);
5725                 bfq_init_entity(&bfqq->entity, bfqg);
5726                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "allocated");
5727         } else {
5728                 bfqq = &bfqd->oom_bfqq;
5729                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "using oom bfqq");
5730                 goto out;
5731         }
5732
5733         /*
5734          * Pin the queue now that it's allocated, scheduler exit will
5735          * prune it.
5736          */
5737         if (async_bfqq) {
5738                 bfqq->ref++; /*
5739                               * Extra group reference, w.r.t. sync
5740                               * queue. This extra reference is removed
5741                               * only if bfqq->bfqg disappears, to
5742                               * guarantee that this queue is not freed
5743                               * until its group goes away.
5744                               */
5745                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "get_queue, bfqq not in async: %p, %d",
5746                              bfqq, bfqq->ref);
5747                 *async_bfqq = bfqq;
5748         }
5749
5750 out:
5751         bfqq->ref++; /* get a process reference to this queue */
5752
5753         if (bfqq != &bfqd->oom_bfqq && is_sync && !respawn)
5754                 bfqq = bfq_do_or_sched_stable_merge(bfqd, bfqq, bic);
5755
5756         rcu_read_unlock();
5757         return bfqq;
5758 }
5759
5760 static void bfq_update_io_thinktime(struct bfq_data *bfqd,
5761                                     struct bfq_queue *bfqq)
5762 {
5763         struct bfq_ttime *ttime = &bfqq->ttime;
5764         u64 elapsed;
5765
5766         /*
5767          * We are really interested in how long it takes for the queue to
5768          * become busy when there is no outstanding IO for this queue. So
5769          * ignore cases when the bfq queue has already IO queued.
5770          */
5771         if (bfqq->dispatched || bfq_bfqq_busy(bfqq))
5772                 return;
5773         elapsed = ktime_get_ns() - bfqq->ttime.last_end_request;
5774         elapsed = min_t(u64, elapsed, 2ULL * bfqd->bfq_slice_idle);
5775
5776         ttime->ttime_samples = (7*ttime->ttime_samples + 256) / 8;
5777         ttime->ttime_total = div_u64(7*ttime->ttime_total + 256*elapsed,  8);
5778         ttime->ttime_mean = div64_ul(ttime->ttime_total + 128,
5779                                      ttime->ttime_samples);
5780 }
5781
5782 static void
5783 bfq_update_io_seektime(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
5784                        struct request *rq)
5785 {
5786         bfqq->seek_history <<= 1;
5787         bfqq->seek_history |= BFQ_RQ_SEEKY(bfqd, bfqq->last_request_pos, rq);
5788
5789         if (bfqq->wr_coeff > 1 &&
5790             bfqq->wr_cur_max_time == bfqd->bfq_wr_rt_max_time &&
5791             BFQQ_TOTALLY_SEEKY(bfqq)) {
5792                 if (time_is_before_jiffies(bfqq->wr_start_at_switch_to_srt +
5793                                            bfq_wr_duration(bfqd))) {
5794                         /*
5795                          * In soft_rt weight raising with the
5796                          * interactive-weight-raising period
5797                          * elapsed (so no switch back to
5798                          * interactive weight raising).
5799                          */
5800                         bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
5801                 } else { /*
5802                           * stopping soft_rt weight raising
5803                           * while still in interactive period,
5804                           * switch back to interactive weight
5805                           * raising
5806                           */
5807                         switch_back_to_interactive_wr(bfqq, bfqd);
5808                         bfqq->entity.prio_changed = 1;
5809                 }
5810         }
5811 }
5812
5813 static void bfq_update_has_short_ttime(struct bfq_data *bfqd,
5814                                        struct bfq_queue *bfqq,
5815                                        struct bfq_io_cq *bic)
5816 {
5817         bool has_short_ttime = true, state_changed;
5818
5819         /*
5820          * No need to update has_short_ttime if bfqq is async or in
5821          * idle io prio class, or if bfq_slice_idle is zero, because
5822          * no device idling is performed for bfqq in this case.
5823          */
5824         if (!bfq_bfqq_sync(bfqq) || bfq_class_idle(bfqq) ||
5825             bfqd->bfq_slice_idle == 0)
5826                 return;
5827
5828         /* Idle window just restored, statistics are meaningless. */
5829         if (time_is_after_eq_jiffies(bfqq->split_time +
5830                                      bfqd->bfq_wr_min_idle_time))
5831                 return;
5832
5833         /* Think time is infinite if no process is linked to
5834          * bfqq. Otherwise check average think time to decide whether
5835          * to mark as has_short_ttime. To this goal, compare average
5836          * think time with half the I/O-plugging timeout.
5837          */
5838         if (atomic_read(&bic->icq.ioc->active_ref) == 0 ||
5839             (bfq_sample_valid(bfqq->ttime.ttime_samples) &&
5840              bfqq->ttime.ttime_mean > bfqd->bfq_slice_idle>>1))
5841                 has_short_ttime = false;
5842
5843         state_changed = has_short_ttime != bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
5844
5845         if (has_short_ttime)
5846                 bfq_mark_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
5847         else
5848                 bfq_clear_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
5849
5850         /*
5851          * Until the base value for the total service time gets
5852          * finally computed for bfqq, the inject limit does depend on
5853          * the think-time state (short|long). In particular, the limit
5854          * is 0 or 1 if the think time is deemed, respectively, as
5855          * short or long (details in the comments in
5856          * bfq_update_inject_limit()). Accordingly, the next
5857          * instructions reset the inject limit if the think-time state
5858          * has changed and the above base value is still to be
5859          * computed.
5860          *
5861          * However, the reset is performed only if more than 100 ms
5862          * have elapsed since the last update of the inject limit, or
5863          * (inclusive) if the change is from short to long think
5864          * time. The reason for this waiting is as follows.
5865          *
5866          * bfqq may have a long think time because of a
5867          * synchronization with some other queue, i.e., because the
5868          * I/O of some other queue may need to be completed for bfqq
5869          * to receive new I/O. Details in the comments on the choice
5870          * of the queue for injection in bfq_select_queue().
5871          *
5872          * As stressed in those comments, if such a synchronization is
5873          * actually in place, then, without injection on bfqq, the
5874          * blocking I/O cannot happen to served while bfqq is in
5875          * service. As a consequence, if bfqq is granted
5876          * I/O-dispatch-plugging, then bfqq remains empty, and no I/O
5877          * is dispatched, until the idle timeout fires. This is likely
5878          * to result in lower bandwidth and higher latencies for bfqq,
5879          * and in a severe loss of total throughput.
5880          *
5881          * On the opposite end, a non-zero inject limit may allow the
5882          * I/O that blocks bfqq to be executed soon, and therefore
5883          * bfqq to receive new I/O soon.
5884          *
5885          * But, if the blocking gets actually eliminated, then the
5886          * next think-time sample for bfqq may be very low. This in
5887          * turn may cause bfqq's think time to be deemed
5888          * short. Without the 100 ms barrier, this new state change
5889          * would cause the body of the next if to be executed
5890          * immediately. But this would set to 0 the inject
5891          * limit. Without injection, the blocking I/O would cause the
5892          * think time of bfqq to become long again, and therefore the
5893          * inject limit to be raised again, and so on. The only effect
5894          * of such a steady oscillation between the two think-time
5895          * states would be to prevent effective injection on bfqq.
5896          *
5897          * In contrast, if the inject limit is not reset during such a
5898          * long time interval as 100 ms, then the number of short
5899          * think time samples can grow significantly before the reset
5900          * is performed. As a consequence, the think time state can
5901          * become stable before the reset. Therefore there will be no
5902          * state change when the 100 ms elapse, and no reset of the
5903          * inject limit. The inject limit remains steadily equal to 1
5904          * both during and after the 100 ms. So injection can be
5905          * performed at all times, and throughput gets boosted.
5906          *
5907          * An inject limit equal to 1 is however in conflict, in
5908          * general, with the fact that the think time of bfqq is
5909          * short, because injection may be likely to delay bfqq's I/O
5910          * (as explained in the comments in
5911          * bfq_update_inject_limit()). But this does not happen in
5912          * this special case, because bfqq's low think time is due to
5913          * an effective handling of a synchronization, through
5914          * injection. In this special case, bfqq's I/O does not get
5915          * delayed by injection; on the contrary, bfqq's I/O is
5916          * brought forward, because it is not blocked for
5917          * milliseconds.
5918          *
5919          * In addition, serving the blocking I/O much sooner, and much
5920          * more frequently than once per I/O-plugging timeout, makes
5921          * it much quicker to detect a waker queue (the concept of
5922          * waker queue is defined in the comments in
5923          * bfq_add_request()). This makes it possible to start sooner
5924          * to boost throughput more effectively, by injecting the I/O
5925          * of the waker queue unconditionally on every
5926          * bfq_dispatch_request().
5927          *
5928          * One last, important benefit of not resetting the inject
5929          * limit before 100 ms is that, during this time interval, the
5930          * base value for the total service time is likely to get
5931          * finally computed for bfqq, freeing the inject limit from
5932          * its relation with the think time.
5933          */
5934         if (state_changed && bfqq->last_serv_time_ns == 0 &&
5935             (time_is_before_eq_jiffies(bfqq->decrease_time_jif +
5936                                       msecs_to_jiffies(100)) ||
5937              !has_short_ttime))
5938                 bfq_reset_inject_limit(bfqd, bfqq);
5939 }
5940
5941 /*
5942  * Called when a new fs request (rq) is added to bfqq.  Check if there's
5943  * something we should do about it.
5944  */
5945 static void bfq_rq_enqueued(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
5946                             struct request *rq)
5947 {
5948         if (rq->cmd_flags & REQ_META)
5949                 bfqq->meta_pending++;
5950
5951         bfqq->last_request_pos = blk_rq_pos(rq) + blk_rq_sectors(rq);
5952
5953         if (bfqq == bfqd->in_service_queue && bfq_bfqq_wait_request(bfqq)) {
5954                 bool small_req = bfqq->queued[rq_is_sync(rq)] == 1 &&
5955                                  blk_rq_sectors(rq) < 32;
5956                 bool budget_timeout = bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq);
5957
5958                 /*
5959                  * There is just this request queued: if
5960                  * - the request is small, and
5961                  * - we are idling to boost throughput, and
5962                  * - the queue is not to be expired,
5963                  * then just exit.
5964                  *
5965                  * In this way, if the device is being idled to wait
5966                  * for a new request from the in-service queue, we
5967                  * avoid unplugging the device and committing the
5968                  * device to serve just a small request. In contrast
5969                  * we wait for the block layer to decide when to
5970                  * unplug the device: hopefully, new requests will be
5971                  * merged to this one quickly, then the device will be
5972                  * unplugged and larger requests will be dispatched.
5973                  */
5974                 if (small_req && idling_boosts_thr_without_issues(bfqd, bfqq) &&
5975                     !budget_timeout)
5976                         return;
5977
5978                 /*
5979                  * A large enough request arrived, or idling is being
5980                  * performed to preserve service guarantees, or
5981                  * finally the queue is to be expired: in all these
5982                  * cases disk idling is to be stopped, so clear
5983                  * wait_request flag and reset timer.
5984                  */
5985                 bfq_clear_bfqq_wait_request(bfqq);
5986                 hrtimer_try_to_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
5987
5988                 /*
5989                  * The queue is not empty, because a new request just
5990                  * arrived. Hence we can safely expire the queue, in
5991                  * case of budget timeout, without risking that the
5992                  * timestamps of the queue are not updated correctly.
5993                  * See [1] for more details.
5994                  */
5995                 if (budget_timeout)
5996                         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false,
5997                                         BFQQE_BUDGET_TIMEOUT);
5998         }
5999 }
6000
6001 static void bfqq_request_allocated(struct bfq_queue *bfqq)
6002 {
6003         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
6004
6005         for_each_entity(entity)
6006                 entity->allocated++;
6007 }
6008
6009 static void bfqq_request_freed(struct bfq_queue *bfqq)
6010 {
6011         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
6012
6013         for_each_entity(entity)
6014                 entity->allocated--;
6015 }
6016
6017 /* returns true if it causes the idle timer to be disabled */
6018 static bool __bfq_insert_request(struct bfq_data *bfqd, struct request *rq)
6019 {
6020         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq),
6021                 *new_bfqq = bfq_setup_cooperator(bfqd, bfqq, rq, true,
6022                                                  RQ_BIC(rq));
6023         bool waiting, idle_timer_disabled = false;
6024
6025         if (new_bfqq) {
6026                 /*
6027                  * Release the request's reference to the old bfqq
6028                  * and make sure one is taken to the shared queue.
6029                  */
6030                 bfqq_request_allocated(new_bfqq);
6031                 bfqq_request_freed(bfqq);
6032                 new_bfqq->ref++;
6033                 /*
6034                  * If the bic associated with the process
6035                  * issuing this request still points to bfqq
6036                  * (and thus has not been already redirected
6037                  * to new_bfqq or even some other bfq_queue),
6038                  * then complete the merge and redirect it to
6039                  * new_bfqq.
6040                  */
6041                 if (bic_to_bfqq(RQ_BIC(rq), 1) == bfqq)
6042                         bfq_merge_bfqqs(bfqd, RQ_BIC(rq),
6043                                         bfqq, new_bfqq);
6044
6045                 bfq_clear_bfqq_just_created(bfqq);
6046                 /*
6047                  * rq is about to be enqueued into new_bfqq,
6048                  * release rq reference on bfqq
6049                  */
6050                 bfq_put_queue(bfqq);
6051                 rq->elv.priv[1] = new_bfqq;
6052                 bfqq = new_bfqq;
6053         }
6054
6055         bfq_update_io_thinktime(bfqd, bfqq);
6056         bfq_update_has_short_ttime(bfqd, bfqq, RQ_BIC(rq));
6057         bfq_update_io_seektime(bfqd, bfqq, rq);
6058
6059         waiting = bfqq && bfq_bfqq_wait_request(bfqq);
6060         bfq_add_request(rq);
6061         idle_timer_disabled = waiting && !bfq_bfqq_wait_request(bfqq);
6062
6063         rq->fifo_time = ktime_get_ns() + bfqd->bfq_fifo_expire[rq_is_sync(rq)];
6064         list_add_tail(&rq->queuelist, &bfqq->fifo);
6065
6066         bfq_rq_enqueued(bfqd, bfqq, rq);
6067
6068         return idle_timer_disabled;
6069 }
6070
6071 #ifdef CONFIG_BFQ_CGROUP_DEBUG
6072 static void bfq_update_insert_stats(struct request_queue *q,
6073                                     struct bfq_queue *bfqq,
6074                                     bool idle_timer_disabled,
6075                                     unsigned int cmd_flags)
6076 {
6077         if (!bfqq)
6078                 return;
6079
6080         /*
6081          * bfqq still exists, because it can disappear only after
6082          * either it is merged with another queue, or the process it
6083          * is associated with exits. But both actions must be taken by
6084          * the same process currently executing this flow of
6085          * instructions.
6086          *
6087          * In addition, the following queue lock guarantees that
6088          * bfqq_group(bfqq) exists as well.
6089          */
6090         spin_lock_irq(&q->queue_lock);
6091         bfqg_stats_update_io_add(bfqq_group(bfqq), bfqq, cmd_flags);
6092         if (idle_timer_disabled)
6093                 bfqg_stats_update_idle_time(bfqq_group(bfqq));
6094         spin_unlock_irq(&q->queue_lock);
6095 }
6096 #else
6097 static inline void bfq_update_insert_stats(struct request_queue *q,
6098                                            struct bfq_queue *bfqq,
6099                                            bool idle_timer_disabled,
6100                                            unsigned int cmd_flags) {}
6101 #endif /* CONFIG_BFQ_CGROUP_DEBUG */
6102
6103 static void bfq_insert_request(struct blk_mq_hw_ctx *hctx, struct request *rq,
6104                                bool at_head)
6105 {
6106         struct request_queue *q = hctx->queue;
6107         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
6108         struct bfq_queue *bfqq;
6109         bool idle_timer_disabled = false;
6110         unsigned int cmd_flags;
6111         LIST_HEAD(free);
6112
6113 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
6114         if (!cgroup_subsys_on_dfl(io_cgrp_subsys) && rq->bio)
6115                 bfqg_stats_update_legacy_io(q, rq);
6116 #endif
6117         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
6118         if (blk_mq_sched_try_insert_merge(q, rq, &free)) {
6119                 spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
6120                 blk_mq_free_requests(&free);
6121                 return;
6122         }
6123
6124         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
6125
6126         trace_block_rq_insert(rq);
6127
6128         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
6129         bfqq = bfq_init_rq(rq);
6130         if (!bfqq || at_head) {
6131                 if (at_head)
6132                         list_add(&rq->queuelist, &bfqd->dispatch);
6133                 else
6134                         list_add_tail(&rq->queuelist, &bfqd->dispatch);
6135         } else {
6136                 idle_timer_disabled = __bfq_insert_request(bfqd, rq);
6137                 /*
6138                  * Update bfqq, because, if a queue merge has occurred
6139                  * in __bfq_insert_request, then rq has been
6140                  * redirected into a new queue.
6141                  */
6142                 bfqq = RQ_BFQQ(rq);
6143
6144                 if (rq_mergeable(rq)) {
6145                         elv_rqhash_add(q, rq);
6146                         if (!q->last_merge)
6147                                 q->last_merge = rq;
6148                 }
6149         }
6150
6151         /*
6152          * Cache cmd_flags before releasing scheduler lock, because rq
6153          * may disappear afterwards (for example, because of a request
6154          * merge).
6155          */
6156         cmd_flags = rq->cmd_flags;
6157         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
6158
6159         bfq_update_insert_stats(q, bfqq, idle_timer_disabled,
6160                                 cmd_flags);
6161 }
6162
6163 static void bfq_insert_requests(struct blk_mq_hw_ctx *hctx,
6164                                 struct list_head *list, bool at_head)
6165 {
6166         while (!list_empty(list)) {
6167                 struct request *rq;
6168
6169                 rq = list_first_entry(list, struct request, queuelist);
6170                 list_del_init(&rq->queuelist);
6171                 bfq_insert_request(hctx, rq, at_head);
6172         }
6173 }
6174
6175 static void bfq_update_hw_tag(struct bfq_data *bfqd)
6176 {
6177         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->in_service_queue;
6178
6179         bfqd->max_rq_in_driver = max_t(int, bfqd->max_rq_in_driver,
6180                                        bfqd->rq_in_driver);
6181
6182         if (bfqd->hw_tag == 1)
6183                 return;
6184
6185         /*
6186          * This sample is valid if the number of outstanding requests
6187          * is large enough to allow a queueing behavior.  Note that the
6188          * sum is not exact, as it's not taking into account deactivated
6189          * requests.
6190          */
6191         if (bfqd->rq_in_driver + bfqd->queued <= BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD)
6192                 return;
6193
6194         /*
6195          * If active queue hasn't enough requests and can idle, bfq might not
6196          * dispatch sufficient requests to hardware. Don't zero hw_tag in this
6197          * case
6198          */
6199         if (bfqq && bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq) &&
6200             bfqq->dispatched + bfqq->queued[0] + bfqq->queued[1] <
6201             BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD &&
6202             bfqd->rq_in_driver < BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD)
6203                 return;
6204
6205         if (bfqd->hw_tag_samples++ < BFQ_HW_QUEUE_SAMPLES)
6206                 return;
6207
6208         bfqd->hw_tag = bfqd->max_rq_in_driver > BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD;
6209         bfqd->max_rq_in_driver = 0;
6210         bfqd->hw_tag_samples = 0;
6211
6212         bfqd->nonrot_with_queueing =
6213                 blk_queue_nonrot(bfqd->queue) && bfqd->hw_tag;
6214 }
6215
6216 static void bfq_completed_request(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_data *bfqd)
6217 {
6218         u64 now_ns;
6219         u32 delta_us;
6220
6221         bfq_update_hw_tag(bfqd);
6222
6223         bfqd->rq_in_driver--;
6224         bfqq->dispatched--;
6225
6226         if (!bfqq->dispatched && !bfq_bfqq_busy(bfqq)) {
6227                 /*
6228                  * Set budget_timeout (which we overload to store the
6229                  * time at which the queue remains with no backlog and
6230                  * no outstanding request; used by the weight-raising
6231                  * mechanism).
6232                  */
6233                 bfqq->budget_timeout = jiffies;
6234
6235                 bfq_weights_tree_remove(bfqd, bfqq);
6236         }
6237
6238         now_ns = ktime_get_ns();
6239
6240         bfqq->ttime.last_end_request = now_ns;
6241
6242         /*
6243          * Using us instead of ns, to get a reasonable precision in
6244          * computing rate in next check.
6245          */
6246         delta_us = div_u64(now_ns - bfqd->last_completion, NSEC_PER_USEC);
6247
6248         /*
6249          * If the request took rather long to complete, and, according
6250          * to the maximum request size recorded, this completion latency
6251          * implies that the request was certainly served at a very low
6252          * rate (less than 1M sectors/sec), then the whole observation
6253          * interval that lasts up to this time instant cannot be a
6254          * valid time interval for computing a new peak rate.  Invoke
6255          * bfq_update_rate_reset to have the following three steps
6256          * taken:
6257          * - close the observation interval at the last (previous)
6258          *   request dispatch or completion
6259          * - compute rate, if possible, for that observation interval
6260          * - reset to zero samples, which will trigger a proper
6261          *   re-initialization of the observation interval on next
6262          *   dispatch
6263          */
6264         if (delta_us > BFQ_MIN_TT/NSEC_PER_USEC &&
6265            (bfqd->last_rq_max_size<<BFQ_RATE_SHIFT)/delta_us <
6266                         1UL<<(BFQ_RATE_SHIFT - 10))
6267                 bfq_update_rate_reset(bfqd, NULL);
6268         bfqd->last_completion = now_ns;
6269         /*
6270          * Shared queues are likely to receive I/O at a high
6271          * rate. This may deceptively let them be considered as wakers
6272          * of other queues. But a false waker will unjustly steal
6273          * bandwidth to its supposedly woken queue. So considering
6274          * also shared queues in the waking mechanism may cause more
6275          * control troubles than throughput benefits. Then reset
6276          * last_completed_rq_bfqq if bfqq is a shared queue.
6277          */
6278         if (!bfq_bfqq_coop(bfqq))
6279                 bfqd->last_completed_rq_bfqq = bfqq;
6280         else
6281                 bfqd->last_completed_rq_bfqq = NULL;
6282
6283         /*
6284          * If we are waiting to discover whether the request pattern
6285          * of the task associated with the queue is actually
6286          * isochronous, and both requisites for this condition to hold
6287          * are now satisfied, then compute soft_rt_next_start (see the
6288          * comments on the function bfq_bfqq_softrt_next_start()). We
6289          * do not compute soft_rt_next_start if bfqq is in interactive
6290          * weight raising (see the comments in bfq_bfqq_expire() for
6291          * an explanation). We schedule this delayed update when bfqq
6292          * expires, if it still has in-flight requests.
6293          */
6294         if (bfq_bfqq_softrt_update(bfqq) && bfqq->dispatched == 0 &&
6295             RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) &&
6296             bfqq->wr_coeff != bfqd->bfq_wr_coeff)
6297                 bfqq->soft_rt_next_start =
6298                         bfq_bfqq_softrt_next_start(bfqd, bfqq);
6299
6300         /*
6301          * If this is the in-service queue, check if it needs to be expired,
6302          * or if we want to idle in case it has no pending requests.
6303          */
6304         if (bfqd->in_service_queue == bfqq) {
6305                 if (bfq_bfqq_must_idle(bfqq)) {
6306                         if (bfqq->dispatched == 0)
6307                                 bfq_arm_slice_timer(bfqd);
6308                         /*
6309                          * If we get here, we do not expire bfqq, even
6310                          * if bfqq was in budget timeout or had no
6311                          * more requests (as controlled in the next
6312                          * conditional instructions). The reason for
6313                          * not expiring bfqq is as follows.
6314                          *
6315                          * Here bfqq->dispatched > 0 holds, but
6316                          * bfq_bfqq_must_idle() returned true. This
6317                          * implies that, even if no request arrives
6318                          * for bfqq before bfqq->dispatched reaches 0,
6319                          * bfqq will, however, not be expired on the
6320                          * completion event that causes bfqq->dispatch
6321                          * to reach zero. In contrast, on this event,
6322                          * bfqq will start enjoying device idling
6323                          * (I/O-dispatch plugging).
6324                          *
6325                          * But, if we expired bfqq here, bfqq would
6326                          * not have the chance to enjoy device idling
6327                          * when bfqq->dispatched finally reaches
6328                          * zero. This would expose bfqq to violation
6329                          * of its reserved service guarantees.
6330                          */
6331                         return;
6332                 } else if (bfq_may_expire_for_budg_timeout(bfqq))
6333                         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false,
6334                                         BFQQE_BUDGET_TIMEOUT);
6335                 else if (RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) &&
6336                          (bfqq->dispatched == 0 ||
6337                           !bfq_better_to_idle(bfqq)))
6338                         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false,
6339                                         BFQQE_NO_MORE_REQUESTS);
6340         }
6341
6342         if (!bfqd->rq_in_driver)
6343                 bfq_schedule_dispatch(bfqd);
6344 }
6345
6346 static void bfq_finish_requeue_request_body(struct bfq_queue *bfqq)
6347 {
6348         bfqq_request_freed(bfqq);
6349         bfq_put_queue(bfqq);
6350 }
6351
6352 /*
6353  * The processes associated with bfqq may happen to generate their
6354  * cumulative I/O at a lower rate than the rate at which the device
6355  * could serve the same I/O. This is rather probable, e.g., if only
6356  * one process is associated with bfqq and the device is an SSD. It
6357  * results in bfqq becoming often empty while in service. In this
6358  * respect, if BFQ is allowed to switch to another queue when bfqq
6359  * remains empty, then the device goes on being fed with I/O requests,
6360  * and the throughput is not affected. In contrast, if BFQ is not
6361  * allowed to switch to another queue---because bfqq is sync and
6362  * I/O-dispatch needs to be plugged while bfqq is temporarily
6363  * empty---then, during the service of bfqq, there will be frequent
6364  * "service holes", i.e., time intervals during which bfqq gets empty
6365  * and the device can only consume the I/O already queued in its
6366  * hardware queues. During service holes, the device may even get to
6367  * remaining idle. In the end, during the service of bfqq, the device
6368  * is driven at a lower speed than the one it can reach with the kind
6369  * of I/O flowing through bfqq.
6370  *
6371  * To counter this loss of throughput, BFQ implements a "request
6372  * injection mechanism", which tries to fill the above service holes
6373  * with I/O requests taken from other queues. The hard part in this
6374  * mechanism is finding the right amount of I/O to inject, so as to
6375  * both boost throughput and not break bfqq's bandwidth and latency
6376  * guarantees. In this respect, the mechanism maintains a per-queue
6377  * inject limit, computed as below. While bfqq is empty, the injection
6378  * mechanism dispatches extra I/O requests only until the total number
6379  * of I/O requests in flight---i.e., already dispatched but not yet
6380  * completed---remains lower than this limit.
6381  *
6382  * A first definition comes in handy to introduce the algorithm by
6383  * which the inject limit is computed.  We define as first request for
6384  * bfqq, an I/O request for bfqq that arrives while bfqq is in
6385  * service, and causes bfqq to switch from empty to non-empty. The
6386  * algorithm updates the limit as a function of the effect of
6387  * injection on the service times of only the first requests of
6388  * bfqq. The reason for this restriction is that these are the
6389  * requests whose service time is affected most, because they are the
6390  * first to arrive after injection possibly occurred.
6391  *
6392  * To evaluate the effect of injection, the algorithm measures the
6393  * "total service time" of first requests. We define as total service
6394  * time of an I/O request, the time that elapses since when the
6395  * request is enqueued into bfqq, to when it is completed. This
6396  * quantity allows the whole effect of injection to be measured. It is
6397  * easy to see why. Suppose that some requests of other queues are
6398  * actually injected while bfqq is empty, and that a new request R
6399  * then arrives for bfqq. If the device does start to serve all or
6400  * part of the injected requests during the service hole, then,
6401  * because of this extra service, it may delay the next invocation of
6402  * the dispatch hook of BFQ. Then, even after R gets eventually
6403  * dispatched, the device may delay the actual service of R if it is
6404  * still busy serving the extra requests, or if it decides to serve,
6405  * before R, some extra request still present in its queues. As a
6406  * conclusion, the cumulative extra delay caused by injection can be
6407  * easily evaluated by just comparing the total service time of first
6408  * requests with and without injection.
6409  *
6410  * The limit-update algorithm works as follows. On the arrival of a
6411  * first request of bfqq, the algorithm measures the total time of the
6412  * request only if one of the three cases below holds, and, for each
6413  * case, it updates the limit as described below:
6414  *
6415  * (1) If there is no in-flight request. This gives a baseline for the
6416  *     total service time of the requests of bfqq. If the baseline has
6417  *     not been computed yet, then, after computing it, the limit is
6418  *     set to 1, to start boosting throughput, and to prepare the
6419  *     ground for the next case. If the baseline has already been
6420  *     computed, then it is updated, in case it results to be lower
6421  *     than the previous value.
6422  *
6423  * (2) If the limit is higher than 0 and there are in-flight
6424  *     requests. By comparing the total service time in this case with
6425  *     the above baseline, it is possible to know at which extent the
6426  *     current value of the limit is inflating the total service
6427  *     time. If the inflation is below a certain threshold, then bfqq
6428  *     is assumed to be suffering from no perceivable loss of its
6429  *     service guarantees, and the limit is even tentatively
6430  *     increased. If the inflation is above the threshold, then the
6431  *     limit is decreased. Due to the lack of any hysteresis, this
6432  *     logic makes the limit oscillate even in steady workload
6433  *     conditions. Yet we opted for it, because it is fast in reaching
6434  *     the best value for the limit, as a function of the current I/O
6435  *     workload. To reduce oscillations, this step is disabled for a
6436  *     short time interval after the limit happens to be decreased.
6437  *
6438  * (3) Periodically, after resetting the limit, to make sure that the
6439  *     limit eventually drops in case the workload changes. This is
6440  *     needed because, after the limit has gone safely up for a
6441  *     certain workload, it is impossible to guess whether the
6442  *     baseline total service time may have changed, without measuring
6443  *     it again without injection. A more effective version of this
6444  *     step might be to just sample the baseline, by interrupting
6445  *     injection only once, and then to reset/lower the limit only if
6446  *     the total service time with the current limit does happen to be
6447  *     too large.
6448  *
6449  * More details on each step are provided in the comments on the
6450  * pieces of code that implement these steps: the branch handling the
6451  * transition from empty to non empty in bfq_add_request(), the branch
6452  * handling injection in bfq_select_queue(), and the function
6453  * bfq_choose_bfqq_for_injection(). These comments also explain some
6454  * exceptions, made by the injection mechanism in some special cases.
6455  */
6456 static void bfq_update_inject_limit(struct bfq_data *bfqd,
6457                                     struct bfq_queue *bfqq)
6458 {
6459         u64 tot_time_ns = ktime_get_ns() - bfqd->last_empty_occupied_ns;
6460         unsigned int old_limit = bfqq->inject_limit;
6461
6462         if (bfqq->last_serv_time_ns > 0 && bfqd->rqs_injected) {
6463                 u64 threshold = (bfqq->last_serv_time_ns * 3)>>1;
6464
6465                 if (tot_time_ns >= threshold && old_limit > 0) {
6466                         bfqq->inject_limit--;
6467                         bfqq->decrease_time_jif = jiffies;
6468                 } else if (tot_time_ns < threshold &&
6469                            old_limit <= bfqd->max_rq_in_driver)
6470                         bfqq->inject_limit++;
6471         }
6472
6473         /*
6474          * Either we still have to compute the base value for the
6475          * total service time, and there seem to be the right
6476          * conditions to do it, or we can lower the last base value
6477          * computed.
6478          *
6479          * NOTE: (bfqd->rq_in_driver == 1) means that there is no I/O
6480          * request in flight, because this function is in the code
6481          * path that handles the completion of a request of bfqq, and,
6482          * in particular, this function is executed before
6483          * bfqd->rq_in_driver is decremented in such a code path.
6484          */
6485         if ((bfqq->last_serv_time_ns == 0 && bfqd->rq_in_driver == 1) ||
6486             tot_time_ns < bfqq->last_serv_time_ns) {
6487                 if (bfqq->last_serv_time_ns == 0) {
6488                         /*
6489                          * Now we certainly have a base value: make sure we
6490                          * start trying injection.
6491                          */
6492                         bfqq->inject_limit = max_t(unsigned int, 1, old_limit);
6493                 }
6494                 bfqq->last_serv_time_ns = tot_time_ns;
6495         } else if (!bfqd->rqs_injected && bfqd->rq_in_driver == 1)
6496                 /*
6497                  * No I/O injected and no request still in service in
6498                  * the drive: these are the exact conditions for
6499                  * computing the base value of the total service time
6500                  * for bfqq. So let's update this value, because it is
6501                  * rather variable. For example, it varies if the size
6502                  * or the spatial locality of the I/O requests in bfqq
6503                  * change.
6504                  */
6505                 bfqq->last_serv_time_ns = tot_time_ns;
6506
6507
6508         /* update complete, not waiting for any request completion any longer */
6509         bfqd->waited_rq = NULL;
6510         bfqd->rqs_injected = false;
6511 }
6512
6513 /*
6514  * Handle either a requeue or a finish for rq. The things to do are
6515  * the same in both cases: all references to rq are to be dropped. In
6516  * particular, rq is considered completed from the point of view of
6517  * the scheduler.
6518  */
6519 static void bfq_finish_requeue_request(struct request *rq)
6520 {
6521         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
6522         struct bfq_data *bfqd;
6523         unsigned long flags;
6524
6525         /*
6526          * rq either is not associated with any icq, or is an already
6527          * requeued request that has not (yet) been re-inserted into
6528          * a bfq_queue.
6529          */
6530         if (!rq->elv.icq || !bfqq)
6531                 return;
6532
6533         bfqd = bfqq->bfqd;
6534
6535         if (rq->rq_flags & RQF_STARTED)
6536                 bfqg_stats_update_completion(bfqq_group(bfqq),
6537                                              rq->start_time_ns,
6538                                              rq->io_start_time_ns,
6539                                              rq->cmd_flags);
6540
6541         spin_lock_irqsave(&bfqd->lock, flags);
6542         if (likely(rq->rq_flags & RQF_STARTED)) {
6543                 if (rq == bfqd->waited_rq)
6544                         bfq_update_inject_limit(bfqd, bfqq);
6545
6546                 bfq_completed_request(bfqq, bfqd);
6547         }
6548         bfq_finish_requeue_request_body(bfqq);
6549         spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
6550
6551         /*
6552          * Reset private fields. In case of a requeue, this allows
6553          * this function to correctly do nothing if it is spuriously
6554          * invoked again on this same request (see the check at the
6555          * beginning of the function). Probably, a better general
6556          * design would be to prevent blk-mq from invoking the requeue
6557          * or finish hooks of an elevator, for a request that is not
6558          * referred by that elevator.
6559          *
6560          * Resetting the following fields would break the
6561          * request-insertion logic if rq is re-inserted into a bfq
6562          * internal queue, without a re-preparation. Here we assume
6563          * that re-insertions of requeued requests, without
6564          * re-preparation, can happen only for pass_through or at_head
6565          * requests (which are not re-inserted into bfq internal
6566          * queues).
6567          */
6568         rq->elv.priv[0] = NULL;
6569         rq->elv.priv[1] = NULL;
6570 }
6571
6572 static void bfq_finish_request(struct request *rq)
6573 {
6574         bfq_finish_requeue_request(rq);
6575
6576         if (rq->elv.icq) {
6577                 put_io_context(rq->elv.icq->ioc);
6578                 rq->elv.icq = NULL;
6579         }
6580 }
6581
6582 /*
6583  * Removes the association between the current task and bfqq, assuming
6584  * that bic points to the bfq iocontext of the task.
6585  * Returns NULL if a new bfqq should be allocated, or the old bfqq if this
6586  * was the last process referring to that bfqq.
6587  */
6588 static struct bfq_queue *
6589 bfq_split_bfqq(struct bfq_io_cq *bic, struct bfq_queue *bfqq)
6590 {
6591         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "splitting queue");
6592
6593         if (bfqq_process_refs(bfqq) == 1) {
6594                 bfqq->pid = current->pid;
6595                 bfq_clear_bfqq_coop(bfqq);
6596                 bfq_clear_bfqq_split_coop(bfqq);
6597                 return bfqq;
6598         }
6599
6600         bic_set_bfqq(bic, NULL, 1);
6601
6602         bfq_put_cooperator(bfqq);
6603
6604         bfq_release_process_ref(bfqq->bfqd, bfqq);
6605         return NULL;
6606 }
6607
6608 static struct bfq_queue *bfq_get_bfqq_handle_split(struct bfq_data *bfqd,
6609                                                    struct bfq_io_cq *bic,
6610                                                    struct bio *bio,
6611                                                    bool split, bool is_sync,
6612                                                    bool *new_queue)
6613 {
6614         struct bfq_queue *bfqq = bic_to_bfqq(bic, is_sync);
6615
6616         if (likely(bfqq && bfqq != &bfqd->oom_bfqq))
6617                 return bfqq;
6618
6619         if (new_queue)
6620                 *new_queue = true;
6621
6622         if (bfqq)
6623                 bfq_put_queue(bfqq);
6624         bfqq = bfq_get_queue(bfqd, bio, is_sync, bic, split);
6625
6626         bic_set_bfqq(bic, bfqq, is_sync);
6627         if (split && is_sync) {
6628                 if ((bic->was_in_burst_list && bfqd->large_burst) ||
6629                     bic->saved_in_large_burst)
6630                         bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq);
6631                 else {
6632                         bfq_clear_bfqq_in_large_burst(bfqq);
6633                         if (bic->was_in_burst_list)
6634                                 /*
6635                                  * If bfqq was in the current
6636                                  * burst list before being
6637                                  * merged, then we have to add
6638                                  * it back. And we do not need
6639                                  * to increase burst_size, as
6640                                  * we did not decrement
6641                                  * burst_size when we removed
6642                                  * bfqq from the burst list as
6643                                  * a consequence of a merge
6644                                  * (see comments in
6645                                  * bfq_put_queue). In this
6646                                  * respect, it would be rather
6647                                  * costly to know whether the
6648                                  * current burst list is still
6649                                  * the same burst list from
6650                                  * which bfqq was removed on
6651                                  * the merge. To avoid this
6652                                  * cost, if bfqq was in a
6653                                  * burst list, then we add
6654                                  * bfqq to the current burst
6655                                  * list without any further
6656                                  * check. This can cause
6657                                  * inappropriate insertions,
6658                                  * but rarely enough to not
6659                                  * harm the detection of large
6660                                  * bursts significantly.
6661                                  */
6662                                 hlist_add_head(&bfqq->burst_list_node,
6663                                                &bfqd->burst_list);
6664                 }
6665                 bfqq->split_time = jiffies;
6666         }
6667
6668         return bfqq;
6669 }
6670
6671 /*
6672  * Only reset private fields. The actual request preparation will be
6673  * performed by bfq_init_rq, when rq is either inserted or merged. See
6674  * comments on bfq_init_rq for the reason behind this delayed
6675  * preparation.
6676  */
6677 static void bfq_prepare_request(struct request *rq)
6678 {
6679         rq->elv.icq = ioc_find_get_icq(rq->q);
6680
6681         /*
6682          * Regardless of whether we have an icq attached, we have to
6683          * clear the scheduler pointers, as they might point to
6684          * previously allocated bic/bfqq structs.
6685          */
6686         rq->elv.priv[0] = rq->elv.priv[1] = NULL;
6687 }
6688
6689 /*
6690  * If needed, init rq, allocate bfq data structures associated with
6691  * rq, and increment reference counters in the destination bfq_queue
6692  * for rq. Return the destination bfq_queue for rq, or NULL is rq is
6693  * not associated with any bfq_queue.
6694  *
6695  * This function is invoked by the functions that perform rq insertion
6696  * or merging. One may have expected the above preparation operations
6697  * to be performed in bfq_prepare_request, and not delayed to when rq
6698  * is inserted or merged. The rationale behind this delayed
6699  * preparation is that, after the prepare_request hook is invoked for
6700  * rq, rq may still be transformed into a request with no icq, i.e., a
6701  * request not associated with any queue. No bfq hook is invoked to
6702  * signal this transformation. As a consequence, should these
6703  * preparation operations be performed when the prepare_request hook
6704  * is invoked, and should rq be transformed one moment later, bfq
6705  * would end up in an inconsistent state, because it would have
6706  * incremented some queue counters for an rq destined to
6707  * transformation, without any chance to correctly lower these
6708  * counters back. In contrast, no transformation can still happen for
6709  * rq after rq has been inserted or merged. So, it is safe to execute
6710  * these preparation operations when rq is finally inserted or merged.
6711  */
6712 static struct bfq_queue *bfq_init_rq(struct request *rq)
6713 {
6714         struct request_queue *q = rq->q;
6715         struct bio *bio = rq->bio;
6716         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
6717         struct bfq_io_cq *bic;
6718         const int is_sync = rq_is_sync(rq);
6719         struct bfq_queue *bfqq;
6720         bool new_queue = false;
6721         bool bfqq_already_existing = false, split = false;
6722
6723         if (unlikely(!rq->elv.icq))
6724                 return NULL;
6725
6726         /*
6727          * Assuming that elv.priv[1] is set only if everything is set
6728          * for this rq. This holds true, because this function is
6729          * invoked only for insertion or merging, and, after such
6730          * events, a request cannot be manipulated any longer before
6731          * being removed from bfq.
6732          */
6733         if (rq->elv.priv[1])
6734                 return rq->elv.priv[1];
6735
6736         bic = icq_to_bic(rq->elv.icq);
6737
6738         bfq_check_ioprio_change(bic, bio);
6739
6740         bfq_bic_update_cgroup(bic, bio);
6741
6742         bfqq = bfq_get_bfqq_handle_split(bfqd, bic, bio, false, is_sync,
6743                                          &new_queue);
6744
6745         if (likely(!new_queue)) {
6746                 /* If the queue was seeky for too long, break it apart. */
6747                 if (bfq_bfqq_coop(bfqq) && bfq_bfqq_split_coop(bfqq) &&
6748                         !bic->stably_merged) {
6749                         struct bfq_queue *old_bfqq = bfqq;
6750
6751                         /* Update bic before losing reference to bfqq */
6752                         if (bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq))
6753                                 bic->saved_in_large_burst = true;
6754
6755                         bfqq = bfq_split_bfqq(bic, bfqq);
6756                         split = true;
6757
6758                         if (!bfqq) {
6759                                 bfqq = bfq_get_bfqq_handle_split(bfqd, bic, bio,
6760                                                                  true, is_sync,
6761                                                                  NULL);
6762                                 bfqq->waker_bfqq = old_bfqq->waker_bfqq;
6763                                 bfqq->tentative_waker_bfqq = NULL;
6764
6765                                 /*
6766                                  * If the waker queue disappears, then
6767                                  * new_bfqq->waker_bfqq must be
6768                                  * reset. So insert new_bfqq into the
6769                                  * woken_list of the waker. See
6770                                  * bfq_check_waker for details.
6771                                  */
6772                                 if (bfqq->waker_bfqq)
6773                                         hlist_add_head(&bfqq->woken_list_node,
6774                                                        &bfqq->waker_bfqq->woken_list);
6775                         } else
6776                                 bfqq_already_existing = true;
6777                 }
6778         }
6779
6780         bfqq_request_allocated(bfqq);
6781         bfqq->ref++;
6782         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "get_request %p: bfqq %p, %d",
6783                      rq, bfqq, bfqq->ref);
6784
6785         rq->elv.priv[0] = bic;
6786         rq->elv.priv[1] = bfqq;
6787
6788         /*
6789          * If a bfq_queue has only one process reference, it is owned
6790          * by only this bic: we can then set bfqq->bic = bic. in
6791          * addition, if the queue has also just been split, we have to
6792          * resume its state.
6793          */
6794         if (likely(bfqq != &bfqd->oom_bfqq) && bfqq_process_refs(bfqq) == 1) {
6795                 bfqq->bic = bic;
6796                 if (split) {
6797                         /*
6798                          * The queue has just been split from a shared
6799                          * queue: restore the idle window and the
6800                          * possible weight raising period.
6801                          */
6802                         bfq_bfqq_resume_state(bfqq, bfqd, bic,
6803                                               bfqq_already_existing);
6804                 }
6805         }
6806
6807         /*
6808          * Consider bfqq as possibly belonging to a burst of newly
6809          * created queues only if:
6810          * 1) A burst is actually happening (bfqd->burst_size > 0)
6811          * or
6812          * 2) There is no other active queue. In fact, if, in
6813          *    contrast, there are active queues not belonging to the
6814          *    possible burst bfqq may belong to, then there is no gain
6815          *    in considering bfqq as belonging to a burst, and
6816          *    therefore in not weight-raising bfqq. See comments on
6817          *    bfq_handle_burst().
6818          *
6819          * This filtering also helps eliminating false positives,
6820          * occurring when bfqq does not belong to an actual large
6821          * burst, but some background task (e.g., a service) happens
6822          * to trigger the creation of new queues very close to when
6823          * bfqq and its possible companion queues are created. See
6824          * comments on bfq_handle_burst() for further details also on
6825          * this issue.
6826          */
6827         if (unlikely(bfq_bfqq_just_created(bfqq) &&
6828                      (bfqd->burst_size > 0 ||
6829                       bfq_tot_busy_queues(bfqd) == 0)))
6830                 bfq_handle_burst(bfqd, bfqq);
6831
6832         return bfqq;
6833 }
6834
6835 static void
6836 bfq_idle_slice_timer_body(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
6837 {
6838         enum bfqq_expiration reason;
6839         unsigned long flags;
6840
6841         spin_lock_irqsave(&bfqd->lock, flags);
6842
6843         /*
6844          * Considering that bfqq may be in race, we should firstly check
6845          * whether bfqq is in service before doing something on it. If
6846          * the bfqq in race is not in service, it has already been expired
6847          * through __bfq_bfqq_expire func and its wait_request flags has
6848          * been cleared in __bfq_bfqd_reset_in_service func.
6849          */
6850         if (bfqq != bfqd->in_service_queue) {
6851                 spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
6852                 return;
6853         }
6854
6855         bfq_clear_bfqq_wait_request(bfqq);
6856
6857         if (bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq))
6858                 /*
6859                  * Also here the queue can be safely expired
6860                  * for budget timeout without wasting
6861                  * guarantees
6862                  */
6863                 reason = BFQQE_BUDGET_TIMEOUT;
6864         else if (bfqq->queued[0] == 0 && bfqq->queued[1] == 0)
6865                 /*
6866                  * The queue may not be empty upon timer expiration,
6867                  * because we may not disable the timer when the
6868                  * first request of the in-service queue arrives
6869                  * during disk idling.
6870                  */
6871                 reason = BFQQE_TOO_IDLE;
6872         else
6873                 goto schedule_dispatch;
6874
6875         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, true, reason);
6876
6877 schedule_dispatch:
6878         spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
6879         bfq_schedule_dispatch(bfqd);
6880 }
6881
6882 /*
6883  * Handler of the expiration of the timer running if the in-service queue
6884  * is idling inside its time slice.
6885  */
6886 static enum hrtimer_restart bfq_idle_slice_timer(struct hrtimer *timer)
6887 {
6888         struct bfq_data *bfqd = container_of(timer, struct bfq_data,
6889                                              idle_slice_timer);
6890         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->in_service_queue;
6891
6892         /*
6893          * Theoretical race here: the in-service queue can be NULL or
6894          * different from the queue that was idling if a new request
6895          * arrives for the current queue and there is a full dispatch
6896          * cycle that changes the in-service queue.  This can hardly
6897          * happen, but in the worst case we just expire a queue too
6898          * early.
6899          */
6900         if (bfqq)
6901                 bfq_idle_slice_timer_body(bfqd, bfqq);
6902
6903         return HRTIMER_NORESTART;
6904 }
6905
6906 static void __bfq_put_async_bfqq(struct bfq_data *bfqd,
6907                                  struct bfq_queue **bfqq_ptr)
6908 {
6909         struct bfq_queue *bfqq = *bfqq_ptr;
6910
6911         bfq_log(bfqd, "put_async_bfqq: %p", bfqq);
6912         if (bfqq) {
6913                 bfq_bfqq_move(bfqd, bfqq, bfqd->root_group);
6914
6915                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "put_async_bfqq: putting %p, %d",
6916                              bfqq, bfqq->ref);
6917                 bfq_put_queue(bfqq);
6918                 *bfqq_ptr = NULL;
6919         }
6920 }
6921
6922 /*
6923  * Release all the bfqg references to its async queues.  If we are
6924  * deallocating the group these queues may still contain requests, so
6925  * we reparent them to the root cgroup (i.e., the only one that will
6926  * exist for sure until all the requests on a device are gone).
6927  */
6928 void bfq_put_async_queues(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_group *bfqg)
6929 {
6930         int i, j;
6931
6932         for (i = 0; i < 2; i++)
6933                 for (j = 0; j < IOPRIO_NR_LEVELS; j++)
6934                         __bfq_put_async_bfqq(bfqd, &bfqg->async_bfqq[i][j]);
6935
6936         __bfq_put_async_bfqq(bfqd, &bfqg->async_idle_bfqq);
6937 }
6938
6939 /*
6940  * See the comments on bfq_limit_depth for the purpose of
6941  * the depths set in the function. Return minimum shallow depth we'll use.
6942  */
6943 static void bfq_update_depths(struct bfq_data *bfqd, struct sbitmap_queue *bt)
6944 {
6945         unsigned int depth = 1U << bt->sb.shift;
6946
6947         bfqd->full_depth_shift = bt->sb.shift;
6948         /*
6949          * In-word depths if no bfq_queue is being weight-raised:
6950          * leaving 25% of tags only for sync reads.
6951          *
6952          * In next formulas, right-shift the value
6953          * (1U<<bt->sb.shift), instead of computing directly
6954          * (1U<<(bt->sb.shift - something)), to be robust against
6955          * any possible value of bt->sb.shift, without having to
6956          * limit 'something'.
6957          */
6958         /* no more than 50% of tags for async I/O */
6959         bfqd->word_depths[0][0] = max(depth >> 1, 1U);
6960         /*
6961          * no more than 75% of tags for sync writes (25% extra tags
6962          * w.r.t. async I/O, to prevent async I/O from starving sync
6963          * writes)
6964          */
6965         bfqd->word_depths[0][1] = max((depth * 3) >> 2, 1U);
6966
6967         /*
6968          * In-word depths in case some bfq_queue is being weight-
6969          * raised: leaving ~63% of tags for sync reads. This is the
6970          * highest percentage for which, in our tests, application
6971          * start-up times didn't suffer from any regression due to tag
6972          * shortage.
6973          */
6974         /* no more than ~18% of tags for async I/O */
6975         bfqd->word_depths[1][0] = max((depth * 3) >> 4, 1U);
6976         /* no more than ~37% of tags for sync writes (~20% extra tags) */
6977         bfqd->word_depths[1][1] = max((depth * 6) >> 4, 1U);
6978 }
6979
6980 static void bfq_depth_updated(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
6981 {
6982         struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
6983         struct blk_mq_tags *tags = hctx->sched_tags;
6984
6985         bfq_update_depths(bfqd, &tags->bitmap_tags);
6986         sbitmap_queue_min_shallow_depth(&tags->bitmap_tags, 1);
6987 }
6988
6989 static int bfq_init_hctx(struct blk_mq_hw_ctx *hctx, unsigned int index)
6990 {
6991         bfq_depth_updated(hctx);
6992         return 0;
6993 }
6994
6995 static void bfq_exit_queue(struct elevator_queue *e)
6996 {
6997         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
6998         struct bfq_queue *bfqq, *n;
6999
7000         hrtimer_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
7001
7002         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
7003         list_for_each_entry_safe(bfqq, n, &bfqd->idle_list, bfqq_list)
7004                 bfq_deactivate_bfqq(bfqd, bfqq, false, false);
7005         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
7006
7007         hrtimer_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
7008
7009         /* release oom-queue reference to root group */
7010         bfqg_and_blkg_put(bfqd->root_group);
7011
7012 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
7013         blkcg_deactivate_policy(bfqd->queue, &blkcg_policy_bfq);
7014 #else
7015         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
7016         bfq_put_async_queues(bfqd, bfqd->root_group);
7017         kfree(bfqd->root_group);
7018         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
7019 #endif
7020
7021         kfree(bfqd);
7022 }
7023
7024 static void bfq_init_root_group(struct bfq_group *root_group,
7025                                 struct bfq_data *bfqd)
7026 {
7027         int i;
7028
7029 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
7030         root_group->entity.parent = NULL;
7031         root_group->my_entity = NULL;
7032         root_group->bfqd = bfqd;
7033 #endif
7034         root_group->rq_pos_tree = RB_ROOT;
7035         for (i = 0; i < BFQ_IOPRIO_CLASSES; i++)
7036                 root_group->sched_data.service_tree[i] = BFQ_SERVICE_TREE_INIT;
7037         root_group->sched_data.bfq_class_idle_last_service = jiffies;
7038 }
7039
7040 static int bfq_init_queue(struct request_queue *q, struct elevator_type *e)
7041 {
7042         struct bfq_data *bfqd;
7043         struct elevator_queue *eq;
7044
7045         eq = elevator_alloc(q, e);
7046         if (!eq)
7047                 return -ENOMEM;
7048
7049         bfqd = kzalloc_node(sizeof(*bfqd), GFP_KERNEL, q->node);
7050         if (!bfqd) {
7051                 kobject_put(&eq->kobj);
7052                 return -ENOMEM;
7053         }
7054         eq->elevator_data = bfqd;
7055
7056         spin_lock_irq(&q->queue_lock);
7057         q->elevator = eq;
7058         spin_unlock_irq(&q->queue_lock);
7059
7060         /*
7061          * Our fallback bfqq if bfq_find_alloc_queue() runs into OOM issues.
7062          * Grab a permanent reference to it, so that the normal code flow
7063          * will not attempt to free it.
7064          */
7065         bfq_init_bfqq(bfqd, &bfqd->oom_bfqq, NULL, 1, 0);
7066         bfqd->oom_bfqq.ref++;
7067         bfqd->oom_bfqq.new_ioprio = BFQ_DEFAULT_QUEUE_IOPRIO;
7068         bfqd->oom_bfqq.new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_BE;
7069         bfqd->oom_bfqq.entity.new_weight =
7070                 bfq_ioprio_to_weight(bfqd->oom_bfqq.new_ioprio);
7071
7072         /* oom_bfqq does not participate to bursts */
7073         bfq_clear_bfqq_just_created(&bfqd->oom_bfqq);
7074
7075         /*
7076          * Trigger weight initialization, according to ioprio, at the
7077          * oom_bfqq's first activation. The oom_bfqq's ioprio and ioprio
7078          * class won't be changed any more.
7079          */
7080         bfqd->oom_bfqq.entity.prio_changed = 1;
7081
7082         bfqd->queue = q;
7083
7084         INIT_LIST_HEAD(&bfqd->dispatch);
7085
7086         hrtimer_init(&bfqd->idle_slice_timer, CLOCK_MONOTONIC,
7087                      HRTIMER_MODE_REL);
7088         bfqd->idle_slice_timer.function = bfq_idle_slice_timer;
7089
7090         bfqd->queue_weights_tree = RB_ROOT_CACHED;
7091         bfqd->num_groups_with_pending_reqs = 0;
7092
7093         INIT_LIST_HEAD(&bfqd->active_list);
7094         INIT_LIST_HEAD(&bfqd->idle_list);
7095         INIT_HLIST_HEAD(&bfqd->burst_list);
7096
7097         bfqd->hw_tag = -1;
7098         bfqd->nonrot_with_queueing = blk_queue_nonrot(bfqd->queue);
7099
7100         bfqd->bfq_max_budget = bfq_default_max_budget;
7101
7102         bfqd->bfq_fifo_expire[0] = bfq_fifo_expire[0];
7103         bfqd->bfq_fifo_expire[1] = bfq_fifo_expire[1];
7104         bfqd->bfq_back_max = bfq_back_max;
7105         bfqd->bfq_back_penalty = bfq_back_penalty;
7106         bfqd->bfq_slice_idle = bfq_slice_idle;
7107         bfqd->bfq_timeout = bfq_timeout;
7108
7109         bfqd->bfq_large_burst_thresh = 8;
7110         bfqd->bfq_burst_interval = msecs_to_jiffies(180);
7111
7112         bfqd->low_latency = true;
7113
7114         /*
7115          * Trade-off between responsiveness and fairness.
7116          */
7117         bfqd->bfq_wr_coeff = 30;
7118         bfqd->bfq_wr_rt_max_time = msecs_to_jiffies(300);
7119         bfqd->bfq_wr_max_time = 0;
7120         bfqd->bfq_wr_min_idle_time = msecs_to_jiffies(2000);
7121         bfqd->bfq_wr_min_inter_arr_async = msecs_to_jiffies(500);
7122         bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate = 7000; /*
7123                                               * Approximate rate required
7124                                               * to playback or record a
7125                                               * high-definition compressed
7126                                               * video.
7127                                               */
7128         bfqd->wr_busy_queues = 0;
7129
7130         /*
7131          * Begin by assuming, optimistically, that the device peak
7132          * rate is equal to 2/3 of the highest reference rate.
7133          */
7134         bfqd->rate_dur_prod = ref_rate[blk_queue_nonrot(bfqd->queue)] *
7135                 ref_wr_duration[blk_queue_nonrot(bfqd->queue)];
7136         bfqd->peak_rate = ref_rate[blk_queue_nonrot(bfqd->queue)] * 2 / 3;
7137
7138         spin_lock_init(&bfqd->lock);
7139
7140         /*
7141          * The invocation of the next bfq_create_group_hierarchy
7142          * function is the head of a chain of function calls
7143          * (bfq_create_group_hierarchy->blkcg_activate_policy->
7144          * blk_mq_freeze_queue) that may lead to the invocation of the
7145          * has_work hook function. For this reason,
7146          * bfq_create_group_hierarchy is invoked only after all
7147          * scheduler data has been initialized, apart from the fields
7148          * that can be initialized only after invoking
7149          * bfq_create_group_hierarchy. This, in particular, enables
7150          * has_work to correctly return false. Of course, to avoid
7151          * other inconsistencies, the blk-mq stack must then refrain
7152          * from invoking further scheduler hooks before this init
7153          * function is finished.
7154          */
7155         bfqd->root_group = bfq_create_group_hierarchy(bfqd, q->node);
7156         if (!bfqd->root_group)
7157                 goto out_free;
7158         bfq_init_root_group(bfqd->root_group, bfqd);
7159         bfq_init_entity(&bfqd->oom_bfqq.entity, bfqd->root_group);
7160
7161         wbt_disable_default(q);
7162         return 0;
7163
7164 out_free:
7165         kfree(bfqd);
7166         kobject_put(&eq->kobj);
7167         return -ENOMEM;
7168 }
7169
7170 static void bfq_slab_kill(void)
7171 {
7172         kmem_cache_destroy(bfq_pool);
7173 }
7174
7175 static int __init bfq_slab_setup(void)
7176 {
7177         bfq_pool = KMEM_CACHE(bfq_queue, 0);
7178         if (!bfq_pool)
7179                 return -ENOMEM;
7180         return 0;
7181 }
7182
7183 static ssize_t bfq_var_show(unsigned int var, char *page)
7184 {
7185         return sprintf(page, "%u\n", var);
7186 }
7187
7188 static int bfq_var_store(unsigned long *var, const char *page)
7189 {
7190         unsigned long new_val;
7191         int ret = kstrtoul(page, 10, &new_val);
7192
7193         if (ret)
7194                 return ret;
7195         *var = new_val;
7196         return 0;
7197 }
7198
7199 #define SHOW_FUNCTION(__FUNC, __VAR, __CONV)                            \
7200 static ssize_t __FUNC(struct elevator_queue *e, char *page)             \
7201 {                                                                       \
7202         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
7203         u64 __data = __VAR;                                             \
7204         if (__CONV == 1)                                                \
7205                 __data = jiffies_to_msecs(__data);                      \
7206         else if (__CONV == 2)                                           \
7207                 __data = div_u64(__data, NSEC_PER_MSEC);                \
7208         return bfq_var_show(__data, (page));                            \
7209 }
7210 SHOW_FUNCTION(bfq_fifo_expire_sync_show, bfqd->bfq_fifo_expire[1], 2);
7211 SHOW_FUNCTION(bfq_fifo_expire_async_show, bfqd->bfq_fifo_expire[0], 2);
7212 SHOW_FUNCTION(bfq_back_seek_max_show, bfqd->bfq_back_max, 0);
7213 SHOW_FUNCTION(bfq_back_seek_penalty_show, bfqd->bfq_back_penalty, 0);
7214 SHOW_FUNCTION(bfq_slice_idle_show, bfqd->bfq_slice_idle, 2);
7215 SHOW_FUNCTION(bfq_max_budget_show, bfqd->bfq_user_max_budget, 0);
7216 SHOW_FUNCTION(bfq_timeout_sync_show, bfqd->bfq_timeout, 1);
7217 SHOW_FUNCTION(bfq_strict_guarantees_show, bfqd->strict_guarantees, 0);
7218 SHOW_FUNCTION(bfq_low_latency_show, bfqd->low_latency, 0);
7219 #undef SHOW_FUNCTION
7220
7221 #define USEC_SHOW_FUNCTION(__FUNC, __VAR)                               \
7222 static ssize_t __FUNC(struct elevator_queue *e, char *page)             \
7223 {                                                                       \
7224         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
7225         u64 __data = __VAR;                                             \
7226         __data = div_u64(__data, NSEC_PER_USEC);                        \
7227         return bfq_var_show(__data, (page));                            \
7228 }
7229 USEC_SHOW_FUNCTION(bfq_slice_idle_us_show, bfqd->bfq_slice_idle);
7230 #undef USEC_SHOW_FUNCTION
7231
7232 #define STORE_FUNCTION(__FUNC, __PTR, MIN, MAX, __CONV)                 \
7233 static ssize_t                                                          \
7234 __FUNC(struct elevator_queue *e, const char *page, size_t count)        \
7235 {                                                                       \
7236         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
7237         unsigned long __data, __min = (MIN), __max = (MAX);             \
7238         int ret;                                                        \
7239                                                                         \
7240         ret = bfq_var_store(&__data, (page));                           \
7241         if (ret)                                                        \
7242                 return ret;                                             \
7243         if (__data < __min)                                             \
7244                 __data = __min;                                         \
7245         else if (__data > __max)                                        \
7246                 __data = __max;                                         \
7247         if (__CONV == 1)                                                \
7248                 *(__PTR) = msecs_to_jiffies(__data);                    \
7249         else if (__CONV == 2)                                           \
7250                 *(__PTR) = (u64)__data * NSEC_PER_MSEC;                 \
7251         else                                                            \
7252                 *(__PTR) = __data;                                      \
7253         return count;                                                   \
7254 }
7255 STORE_FUNCTION(bfq_fifo_expire_sync_store, &bfqd->bfq_fifo_expire[1], 1,
7256                 INT_MAX, 2);
7257 STORE_FUNCTION(bfq_fifo_expire_async_store, &bfqd->bfq_fifo_expire[0], 1,
7258                 INT_MAX, 2);
7259 STORE_FUNCTION(bfq_back_seek_max_store, &bfqd->bfq_back_max, 0, INT_MAX, 0);
7260 STORE_FUNCTION(bfq_back_seek_penalty_store, &bfqd->bfq_back_penalty, 1,
7261                 INT_MAX, 0);
7262 STORE_FUNCTION(bfq_slice_idle_store, &bfqd->bfq_slice_idle, 0, INT_MAX, 2);
7263 #undef STORE_FUNCTION
7264
7265 #define USEC_STORE_FUNCTION(__FUNC, __PTR, MIN, MAX)                    \
7266 static ssize_t __FUNC(struct elevator_queue *e, const char *page, size_t count)\
7267 {                                                                       \
7268         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
7269         unsigned long __data, __min = (MIN), __max = (MAX);             \
7270         int ret;                                                        \
7271                                                                         \
7272         ret = bfq_var_store(&__data, (page));                           \
7273         if (ret)                                                        \
7274                 return ret;                                             \
7275         if (__data < __min)                                             \
7276                 __data = __min;                                         \
7277         else if (__data > __max)                                        \
7278                 __data = __max;                                         \
7279         *(__PTR) = (u64)__data * NSEC_PER_USEC;                         \
7280         return count;                                                   \
7281 }
7282 USEC_STORE_FUNCTION(bfq_slice_idle_us_store, &bfqd->bfq_slice_idle, 0,
7283                     UINT_MAX);
7284 #undef USEC_STORE_FUNCTION
7285
7286 static ssize_t bfq_max_budget_store(struct elevator_queue *e,
7287                                     const char *page, size_t count)
7288 {
7289         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
7290         unsigned long __data;
7291         int ret;
7292
7293         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
7294         if (ret)
7295                 return ret;
7296
7297         if (__data == 0)
7298                 bfqd->bfq_max_budget = bfq_calc_max_budget(bfqd);
7299         else {
7300                 if (__data > INT_MAX)
7301                         __data = INT_MAX;
7302                 bfqd->bfq_max_budget = __data;
7303         }
7304
7305         bfqd->bfq_user_max_budget = __data;
7306
7307         return count;
7308 }
7309
7310 /*
7311  * Leaving this name to preserve name compatibility with cfq
7312  * parameters, but this timeout is used for both sync and async.
7313  */
7314 static ssize_t bfq_timeout_sync_store(struct elevator_queue *e,
7315                                       const char *page, size_t count)
7316 {
7317         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
7318         unsigned long __data;
7319         int ret;
7320
7321         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
7322         if (ret)
7323                 return ret;
7324
7325         if (__data < 1)
7326                 __data = 1;
7327         else if (__data > INT_MAX)
7328                 __data = INT_MAX;
7329
7330         bfqd->bfq_timeout = msecs_to_jiffies(__data);
7331         if (bfqd->bfq_user_max_budget == 0)
7332                 bfqd->bfq_max_budget = bfq_calc_max_budget(bfqd);
7333
7334         return count;
7335 }
7336
7337 static ssize_t bfq_strict_guarantees_store(struct elevator_queue *e,
7338                                      const char *page, size_t count)
7339 {
7340         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
7341         unsigned long __data;
7342         int ret;
7343
7344         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
7345         if (ret)
7346                 return ret;
7347
7348         if (__data > 1)
7349                 __data = 1;
7350         if (!bfqd->strict_guarantees && __data == 1
7351             && bfqd->bfq_slice_idle < 8 * NSEC_PER_MSEC)
7352                 bfqd->bfq_slice_idle = 8 * NSEC_PER_MSEC;
7353
7354         bfqd->strict_guarantees = __data;
7355
7356         return count;
7357 }
7358
7359 static ssize_t bfq_low_latency_store(struct elevator_queue *e,
7360                                      const char *page, size_t count)
7361 {
7362         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
7363         unsigned long __data;
7364         int ret;
7365
7366         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
7367         if (ret)
7368                 return ret;
7369
7370         if (__data > 1)
7371                 __data = 1;
7372         if (__data == 0 && bfqd->low_latency != 0)
7373                 bfq_end_wr(bfqd);
7374         bfqd->low_latency = __data;
7375
7376         return count;
7377 }
7378
7379 #define BFQ_ATTR(name) \
7380         __ATTR(name, 0644, bfq_##name##_show, bfq_##name##_store)
7381
7382 static struct elv_fs_entry bfq_attrs[] = {
7383         BFQ_ATTR(fifo_expire_sync),
7384         BFQ_ATTR(fifo_expire_async),
7385         BFQ_ATTR(back_seek_max),
7386         BFQ_ATTR(back_seek_penalty),
7387         BFQ_ATTR(slice_idle),
7388         BFQ_ATTR(slice_idle_us),
7389         BFQ_ATTR(max_budget),
7390         BFQ_ATTR(timeout_sync),
7391         BFQ_ATTR(strict_guarantees),
7392         BFQ_ATTR(low_latency),
7393         __ATTR_NULL
7394 };
7395
7396 static struct elevator_type iosched_bfq_mq = {
7397         .ops = {
7398                 .limit_depth            = bfq_limit_depth,
7399                 .prepare_request        = bfq_prepare_request,
7400                 .requeue_request        = bfq_finish_requeue_request,
7401                 .finish_request         = bfq_finish_request,
7402                 .exit_icq               = bfq_exit_icq,
7403                 .insert_requests        = bfq_insert_requests,
7404                 .dispatch_request       = bfq_dispatch_request,
7405                 .next_request           = elv_rb_latter_request,
7406                 .former_request         = elv_rb_former_request,
7407                 .allow_merge            = bfq_allow_bio_merge,
7408                 .bio_merge              = bfq_bio_merge,
7409                 .request_merge          = bfq_request_merge,
7410                 .requests_merged        = bfq_requests_merged,
7411                 .request_merged         = bfq_request_merged,
7412                 .has_work               = bfq_has_work,
7413                 .depth_updated          = bfq_depth_updated,
7414                 .init_hctx              = bfq_init_hctx,
7415                 .init_sched             = bfq_init_queue,
7416                 .exit_sched             = bfq_exit_queue,
7417         },
7418
7419         .icq_size =             sizeof(struct bfq_io_cq),
7420         .icq_align =            __alignof__(struct bfq_io_cq),
7421         .elevator_attrs =       bfq_attrs,
7422         .elevator_name =        "bfq",
7423         .elevator_owner =       THIS_MODULE,
7424 };
7425 MODULE_ALIAS("bfq-iosched");
7426
7427 static int __init bfq_init(void)
7428 {
7429         int ret;
7430
7431 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
7432         ret = blkcg_policy_register(&blkcg_policy_bfq);
7433         if (ret)
7434                 return ret;
7435 #endif
7436
7437         ret = -ENOMEM;
7438         if (bfq_slab_setup())
7439                 goto err_pol_unreg;
7440
7441         /*
7442          * Times to load large popular applications for the typical
7443          * systems installed on the reference devices (see the
7444          * comments before the definition of the next
7445          * array). Actually, we use slightly lower values, as the
7446          * estimated peak rate tends to be smaller than the actual
7447          * peak rate.  The reason for this last fact is that estimates
7448          * are computed over much shorter time intervals than the long
7449          * intervals typically used for benchmarking. Why? First, to
7450          * adapt more quickly to variations. Second, because an I/O
7451          * scheduler cannot rely on a peak-rate-evaluation workload to
7452          * be run for a long time.
7453          */
7454         ref_wr_duration[0] = msecs_to_jiffies(7000); /* actually 8 sec */
7455         ref_wr_duration[1] = msecs_to_jiffies(2500); /* actually 3 sec */
7456
7457         ret = elv_register(&iosched_bfq_mq);
7458         if (ret)
7459                 goto slab_kill;
7460
7461         return 0;
7462
7463 slab_kill:
7464         bfq_slab_kill();
7465 err_pol_unreg:
7466 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
7467         blkcg_policy_unregister(&blkcg_policy_bfq);
7468 #endif
7469         return ret;
7470 }
7471
7472 static void __exit bfq_exit(void)
7473 {
7474         elv_unregister(&iosched_bfq_mq);
7475 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
7476         blkcg_policy_unregister(&blkcg_policy_bfq);
7477 #endif
7478         bfq_slab_kill();
7479 }
7480
7481 module_init(bfq_init);
7482 module_exit(bfq_exit);
7483
7484 MODULE_AUTHOR("Paolo Valente");
7485 MODULE_LICENSE("GPL");
7486 MODULE_DESCRIPTION("MQ Budget Fair Queueing I/O Scheduler");