blkcg: fix ref count issue with bio_blkcg using task_css
[sfrench/cifs-2.6.git] / block / bfq-iosched.c
1 /*
2  * Budget Fair Queueing (BFQ) I/O scheduler.
3  *
4  * Based on ideas and code from CFQ:
5  * Copyright (C) 2003 Jens Axboe <axboe@kernel.dk>
6  *
7  * Copyright (C) 2008 Fabio Checconi <fabio@gandalf.sssup.it>
8  *                    Paolo Valente <paolo.valente@unimore.it>
9  *
10  * Copyright (C) 2010 Paolo Valente <paolo.valente@unimore.it>
11  *                    Arianna Avanzini <avanzini@google.com>
12  *
13  * Copyright (C) 2017 Paolo Valente <paolo.valente@linaro.org>
14  *
15  *  This program is free software; you can redistribute it and/or
16  *  modify it under the terms of the GNU General Public License as
17  *  published by the Free Software Foundation; either version 2 of the
18  *  License, or (at your option) any later version.
19  *
20  *  This program is distributed in the hope that it will be useful,
21  *  but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
22  *  MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
23  *  General Public License for more details.
24  *
25  * BFQ is a proportional-share I/O scheduler, with some extra
26  * low-latency capabilities. BFQ also supports full hierarchical
27  * scheduling through cgroups. Next paragraphs provide an introduction
28  * on BFQ inner workings. Details on BFQ benefits, usage and
29  * limitations can be found in Documentation/block/bfq-iosched.txt.
30  *
31  * BFQ is a proportional-share storage-I/O scheduling algorithm based
32  * on the slice-by-slice service scheme of CFQ. But BFQ assigns
33  * budgets, measured in number of sectors, to processes instead of
34  * time slices. The device is not granted to the in-service process
35  * for a given time slice, but until it has exhausted its assigned
36  * budget. This change from the time to the service domain enables BFQ
37  * to distribute the device throughput among processes as desired,
38  * without any distortion due to throughput fluctuations, or to device
39  * internal queueing. BFQ uses an ad hoc internal scheduler, called
40  * B-WF2Q+, to schedule processes according to their budgets. More
41  * precisely, BFQ schedules queues associated with processes. Each
42  * process/queue is assigned a user-configurable weight, and B-WF2Q+
43  * guarantees that each queue receives a fraction of the throughput
44  * proportional to its weight. Thanks to the accurate policy of
45  * B-WF2Q+, BFQ can afford to assign high budgets to I/O-bound
46  * processes issuing sequential requests (to boost the throughput),
47  * and yet guarantee a low latency to interactive and soft real-time
48  * applications.
49  *
50  * In particular, to provide these low-latency guarantees, BFQ
51  * explicitly privileges the I/O of two classes of time-sensitive
52  * applications: interactive and soft real-time. In more detail, BFQ
53  * behaves this way if the low_latency parameter is set (default
54  * configuration). This feature enables BFQ to provide applications in
55  * these classes with a very low latency.
56  *
57  * To implement this feature, BFQ constantly tries to detect whether
58  * the I/O requests in a bfq_queue come from an interactive or a soft
59  * real-time application. For brevity, in these cases, the queue is
60  * said to be interactive or soft real-time. In both cases, BFQ
61  * privileges the service of the queue, over that of non-interactive
62  * and non-soft-real-time queues. This privileging is performed,
63  * mainly, by raising the weight of the queue. So, for brevity, we
64  * call just weight-raising periods the time periods during which a
65  * queue is privileged, because deemed interactive or soft real-time.
66  *
67  * The detection of soft real-time queues/applications is described in
68  * detail in the comments on the function
69  * bfq_bfqq_softrt_next_start. On the other hand, the detection of an
70  * interactive queue works as follows: a queue is deemed interactive
71  * if it is constantly non empty only for a limited time interval,
72  * after which it does become empty. The queue may be deemed
73  * interactive again (for a limited time), if it restarts being
74  * constantly non empty, provided that this happens only after the
75  * queue has remained empty for a given minimum idle time.
76  *
77  * By default, BFQ computes automatically the above maximum time
78  * interval, i.e., the time interval after which a constantly
79  * non-empty queue stops being deemed interactive. Since a queue is
80  * weight-raised while it is deemed interactive, this maximum time
81  * interval happens to coincide with the (maximum) duration of the
82  * weight-raising for interactive queues.
83  *
84  * Finally, BFQ also features additional heuristics for
85  * preserving both a low latency and a high throughput on NCQ-capable,
86  * rotational or flash-based devices, and to get the job done quickly
87  * for applications consisting in many I/O-bound processes.
88  *
89  * NOTE: if the main or only goal, with a given device, is to achieve
90  * the maximum-possible throughput at all times, then do switch off
91  * all low-latency heuristics for that device, by setting low_latency
92  * to 0.
93  *
94  * BFQ is described in [1], where also a reference to the initial,
95  * more theoretical paper on BFQ can be found. The interested reader
96  * can find in the latter paper full details on the main algorithm, as
97  * well as formulas of the guarantees and formal proofs of all the
98  * properties.  With respect to the version of BFQ presented in these
99  * papers, this implementation adds a few more heuristics, such as the
100  * ones that guarantee a low latency to interactive and soft real-time
101  * applications, and a hierarchical extension based on H-WF2Q+.
102  *
103  * B-WF2Q+ is based on WF2Q+, which is described in [2], together with
104  * H-WF2Q+, while the augmented tree used here to implement B-WF2Q+
105  * with O(log N) complexity derives from the one introduced with EEVDF
106  * in [3].
107  *
108  * [1] P. Valente, A. Avanzini, "Evolution of the BFQ Storage I/O
109  *     Scheduler", Proceedings of the First Workshop on Mobile System
110  *     Technologies (MST-2015), May 2015.
111  *     http://algogroup.unimore.it/people/paolo/disk_sched/mst-2015.pdf
112  *
113  * [2] Jon C.R. Bennett and H. Zhang, "Hierarchical Packet Fair Queueing
114  *     Algorithms", IEEE/ACM Transactions on Networking, 5(5):675-689,
115  *     Oct 1997.
116  *
117  * http://www.cs.cmu.edu/~hzhang/papers/TON-97-Oct.ps.gz
118  *
119  * [3] I. Stoica and H. Abdel-Wahab, "Earliest Eligible Virtual Deadline
120  *     First: A Flexible and Accurate Mechanism for Proportional Share
121  *     Resource Allocation", technical report.
122  *
123  * http://www.cs.berkeley.edu/~istoica/papers/eevdf-tr-95.pdf
124  */
125 #include <linux/module.h>
126 #include <linux/slab.h>
127 #include <linux/blkdev.h>
128 #include <linux/cgroup.h>
129 #include <linux/elevator.h>
130 #include <linux/ktime.h>
131 #include <linux/rbtree.h>
132 #include <linux/ioprio.h>
133 #include <linux/sbitmap.h>
134 #include <linux/delay.h>
135
136 #include "blk.h"
137 #include "blk-mq.h"
138 #include "blk-mq-tag.h"
139 #include "blk-mq-sched.h"
140 #include "bfq-iosched.h"
141 #include "blk-wbt.h"
142
143 #define BFQ_BFQQ_FNS(name)                                              \
144 void bfq_mark_bfqq_##name(struct bfq_queue *bfqq)                       \
145 {                                                                       \
146         __set_bit(BFQQF_##name, &(bfqq)->flags);                        \
147 }                                                                       \
148 void bfq_clear_bfqq_##name(struct bfq_queue *bfqq)                      \
149 {                                                                       \
150         __clear_bit(BFQQF_##name, &(bfqq)->flags);              \
151 }                                                                       \
152 int bfq_bfqq_##name(const struct bfq_queue *bfqq)                       \
153 {                                                                       \
154         return test_bit(BFQQF_##name, &(bfqq)->flags);          \
155 }
156
157 BFQ_BFQQ_FNS(just_created);
158 BFQ_BFQQ_FNS(busy);
159 BFQ_BFQQ_FNS(wait_request);
160 BFQ_BFQQ_FNS(non_blocking_wait_rq);
161 BFQ_BFQQ_FNS(fifo_expire);
162 BFQ_BFQQ_FNS(has_short_ttime);
163 BFQ_BFQQ_FNS(sync);
164 BFQ_BFQQ_FNS(IO_bound);
165 BFQ_BFQQ_FNS(in_large_burst);
166 BFQ_BFQQ_FNS(coop);
167 BFQ_BFQQ_FNS(split_coop);
168 BFQ_BFQQ_FNS(softrt_update);
169 #undef BFQ_BFQQ_FNS                                             \
170
171 /* Expiration time of sync (0) and async (1) requests, in ns. */
172 static const u64 bfq_fifo_expire[2] = { NSEC_PER_SEC / 4, NSEC_PER_SEC / 8 };
173
174 /* Maximum backwards seek (magic number lifted from CFQ), in KiB. */
175 static const int bfq_back_max = 16 * 1024;
176
177 /* Penalty of a backwards seek, in number of sectors. */
178 static const int bfq_back_penalty = 2;
179
180 /* Idling period duration, in ns. */
181 static u64 bfq_slice_idle = NSEC_PER_SEC / 125;
182
183 /* Minimum number of assigned budgets for which stats are safe to compute. */
184 static const int bfq_stats_min_budgets = 194;
185
186 /* Default maximum budget values, in sectors and number of requests. */
187 static const int bfq_default_max_budget = 16 * 1024;
188
189 /*
190  * When a sync request is dispatched, the queue that contains that
191  * request, and all the ancestor entities of that queue, are charged
192  * with the number of sectors of the request. In constrast, if the
193  * request is async, then the queue and its ancestor entities are
194  * charged with the number of sectors of the request, multiplied by
195  * the factor below. This throttles the bandwidth for async I/O,
196  * w.r.t. to sync I/O, and it is done to counter the tendency of async
197  * writes to steal I/O throughput to reads.
198  *
199  * The current value of this parameter is the result of a tuning with
200  * several hardware and software configurations. We tried to find the
201  * lowest value for which writes do not cause noticeable problems to
202  * reads. In fact, the lower this parameter, the stabler I/O control,
203  * in the following respect.  The lower this parameter is, the less
204  * the bandwidth enjoyed by a group decreases
205  * - when the group does writes, w.r.t. to when it does reads;
206  * - when other groups do reads, w.r.t. to when they do writes.
207  */
208 static const int bfq_async_charge_factor = 3;
209
210 /* Default timeout values, in jiffies, approximating CFQ defaults. */
211 const int bfq_timeout = HZ / 8;
212
213 /*
214  * Time limit for merging (see comments in bfq_setup_cooperator). Set
215  * to the slowest value that, in our tests, proved to be effective in
216  * removing false positives, while not causing true positives to miss
217  * queue merging.
218  *
219  * As can be deduced from the low time limit below, queue merging, if
220  * successful, happens at the very beggining of the I/O of the involved
221  * cooperating processes, as a consequence of the arrival of the very
222  * first requests from each cooperator.  After that, there is very
223  * little chance to find cooperators.
224  */
225 static const unsigned long bfq_merge_time_limit = HZ/10;
226
227 static struct kmem_cache *bfq_pool;
228
229 /* Below this threshold (in ns), we consider thinktime immediate. */
230 #define BFQ_MIN_TT              (2 * NSEC_PER_MSEC)
231
232 /* hw_tag detection: parallel requests threshold and min samples needed. */
233 #define BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD  4
234 #define BFQ_HW_QUEUE_SAMPLES    32
235
236 #define BFQQ_SEEK_THR           (sector_t)(8 * 100)
237 #define BFQQ_SECT_THR_NONROT    (sector_t)(2 * 32)
238 #define BFQQ_CLOSE_THR          (sector_t)(8 * 1024)
239 #define BFQQ_SEEKY(bfqq)        (hweight32(bfqq->seek_history) > 19)
240
241 /* Min number of samples required to perform peak-rate update */
242 #define BFQ_RATE_MIN_SAMPLES    32
243 /* Min observation time interval required to perform a peak-rate update (ns) */
244 #define BFQ_RATE_MIN_INTERVAL   (300*NSEC_PER_MSEC)
245 /* Target observation time interval for a peak-rate update (ns) */
246 #define BFQ_RATE_REF_INTERVAL   NSEC_PER_SEC
247
248 /*
249  * Shift used for peak-rate fixed precision calculations.
250  * With
251  * - the current shift: 16 positions
252  * - the current type used to store rate: u32
253  * - the current unit of measure for rate: [sectors/usec], or, more precisely,
254  *   [(sectors/usec) / 2^BFQ_RATE_SHIFT] to take into account the shift,
255  * the range of rates that can be stored is
256  * [1 / 2^BFQ_RATE_SHIFT, 2^(32 - BFQ_RATE_SHIFT)] sectors/usec =
257  * [1 / 2^16, 2^16] sectors/usec = [15e-6, 65536] sectors/usec =
258  * [15, 65G] sectors/sec
259  * Which, assuming a sector size of 512B, corresponds to a range of
260  * [7.5K, 33T] B/sec
261  */
262 #define BFQ_RATE_SHIFT          16
263
264 /*
265  * When configured for computing the duration of the weight-raising
266  * for interactive queues automatically (see the comments at the
267  * beginning of this file), BFQ does it using the following formula:
268  * duration = (ref_rate / r) * ref_wr_duration,
269  * where r is the peak rate of the device, and ref_rate and
270  * ref_wr_duration are two reference parameters.  In particular,
271  * ref_rate is the peak rate of the reference storage device (see
272  * below), and ref_wr_duration is about the maximum time needed, with
273  * BFQ and while reading two files in parallel, to load typical large
274  * applications on the reference device (see the comments on
275  * max_service_from_wr below, for more details on how ref_wr_duration
276  * is obtained).  In practice, the slower/faster the device at hand
277  * is, the more/less it takes to load applications with respect to the
278  * reference device.  Accordingly, the longer/shorter BFQ grants
279  * weight raising to interactive applications.
280  *
281  * BFQ uses two different reference pairs (ref_rate, ref_wr_duration),
282  * depending on whether the device is rotational or non-rotational.
283  *
284  * In the following definitions, ref_rate[0] and ref_wr_duration[0]
285  * are the reference values for a rotational device, whereas
286  * ref_rate[1] and ref_wr_duration[1] are the reference values for a
287  * non-rotational device. The reference rates are not the actual peak
288  * rates of the devices used as a reference, but slightly lower
289  * values. The reason for using slightly lower values is that the
290  * peak-rate estimator tends to yield slightly lower values than the
291  * actual peak rate (it can yield the actual peak rate only if there
292  * is only one process doing I/O, and the process does sequential
293  * I/O).
294  *
295  * The reference peak rates are measured in sectors/usec, left-shifted
296  * by BFQ_RATE_SHIFT.
297  */
298 static int ref_rate[2] = {14000, 33000};
299 /*
300  * To improve readability, a conversion function is used to initialize
301  * the following array, which entails that the array can be
302  * initialized only in a function.
303  */
304 static int ref_wr_duration[2];
305
306 /*
307  * BFQ uses the above-detailed, time-based weight-raising mechanism to
308  * privilege interactive tasks. This mechanism is vulnerable to the
309  * following false positives: I/O-bound applications that will go on
310  * doing I/O for much longer than the duration of weight
311  * raising. These applications have basically no benefit from being
312  * weight-raised at the beginning of their I/O. On the opposite end,
313  * while being weight-raised, these applications
314  * a) unjustly steal throughput to applications that may actually need
315  * low latency;
316  * b) make BFQ uselessly perform device idling; device idling results
317  * in loss of device throughput with most flash-based storage, and may
318  * increase latencies when used purposelessly.
319  *
320  * BFQ tries to reduce these problems, by adopting the following
321  * countermeasure. To introduce this countermeasure, we need first to
322  * finish explaining how the duration of weight-raising for
323  * interactive tasks is computed.
324  *
325  * For a bfq_queue deemed as interactive, the duration of weight
326  * raising is dynamically adjusted, as a function of the estimated
327  * peak rate of the device, so as to be equal to the time needed to
328  * execute the 'largest' interactive task we benchmarked so far. By
329  * largest task, we mean the task for which each involved process has
330  * to do more I/O than for any of the other tasks we benchmarked. This
331  * reference interactive task is the start-up of LibreOffice Writer,
332  * and in this task each process/bfq_queue needs to have at most ~110K
333  * sectors transferred.
334  *
335  * This last piece of information enables BFQ to reduce the actual
336  * duration of weight-raising for at least one class of I/O-bound
337  * applications: those doing sequential or quasi-sequential I/O. An
338  * example is file copy. In fact, once started, the main I/O-bound
339  * processes of these applications usually consume the above 110K
340  * sectors in much less time than the processes of an application that
341  * is starting, because these I/O-bound processes will greedily devote
342  * almost all their CPU cycles only to their target,
343  * throughput-friendly I/O operations. This is even more true if BFQ
344  * happens to be underestimating the device peak rate, and thus
345  * overestimating the duration of weight raising. But, according to
346  * our measurements, once transferred 110K sectors, these processes
347  * have no right to be weight-raised any longer.
348  *
349  * Basing on the last consideration, BFQ ends weight-raising for a
350  * bfq_queue if the latter happens to have received an amount of
351  * service at least equal to the following constant. The constant is
352  * set to slightly more than 110K, to have a minimum safety margin.
353  *
354  * This early ending of weight-raising reduces the amount of time
355  * during which interactive false positives cause the two problems
356  * described at the beginning of these comments.
357  */
358 static const unsigned long max_service_from_wr = 120000;
359
360 #define RQ_BIC(rq)              icq_to_bic((rq)->elv.priv[0])
361 #define RQ_BFQQ(rq)             ((rq)->elv.priv[1])
362
363 struct bfq_queue *bic_to_bfqq(struct bfq_io_cq *bic, bool is_sync)
364 {
365         return bic->bfqq[is_sync];
366 }
367
368 void bic_set_bfqq(struct bfq_io_cq *bic, struct bfq_queue *bfqq, bool is_sync)
369 {
370         bic->bfqq[is_sync] = bfqq;
371 }
372
373 struct bfq_data *bic_to_bfqd(struct bfq_io_cq *bic)
374 {
375         return bic->icq.q->elevator->elevator_data;
376 }
377
378 /**
379  * icq_to_bic - convert iocontext queue structure to bfq_io_cq.
380  * @icq: the iocontext queue.
381  */
382 static struct bfq_io_cq *icq_to_bic(struct io_cq *icq)
383 {
384         /* bic->icq is the first member, %NULL will convert to %NULL */
385         return container_of(icq, struct bfq_io_cq, icq);
386 }
387
388 /**
389  * bfq_bic_lookup - search into @ioc a bic associated to @bfqd.
390  * @bfqd: the lookup key.
391  * @ioc: the io_context of the process doing I/O.
392  * @q: the request queue.
393  */
394 static struct bfq_io_cq *bfq_bic_lookup(struct bfq_data *bfqd,
395                                         struct io_context *ioc,
396                                         struct request_queue *q)
397 {
398         if (ioc) {
399                 unsigned long flags;
400                 struct bfq_io_cq *icq;
401
402                 spin_lock_irqsave(q->queue_lock, flags);
403                 icq = icq_to_bic(ioc_lookup_icq(ioc, q));
404                 spin_unlock_irqrestore(q->queue_lock, flags);
405
406                 return icq;
407         }
408
409         return NULL;
410 }
411
412 /*
413  * Scheduler run of queue, if there are requests pending and no one in the
414  * driver that will restart queueing.
415  */
416 void bfq_schedule_dispatch(struct bfq_data *bfqd)
417 {
418         if (bfqd->queued != 0) {
419                 bfq_log(bfqd, "schedule dispatch");
420                 blk_mq_run_hw_queues(bfqd->queue, true);
421         }
422 }
423
424 #define bfq_class_idle(bfqq)    ((bfqq)->ioprio_class == IOPRIO_CLASS_IDLE)
425 #define bfq_class_rt(bfqq)      ((bfqq)->ioprio_class == IOPRIO_CLASS_RT)
426
427 #define bfq_sample_valid(samples)       ((samples) > 80)
428
429 /*
430  * Lifted from AS - choose which of rq1 and rq2 that is best served now.
431  * We choose the request that is closesr to the head right now.  Distance
432  * behind the head is penalized and only allowed to a certain extent.
433  */
434 static struct request *bfq_choose_req(struct bfq_data *bfqd,
435                                       struct request *rq1,
436                                       struct request *rq2,
437                                       sector_t last)
438 {
439         sector_t s1, s2, d1 = 0, d2 = 0;
440         unsigned long back_max;
441 #define BFQ_RQ1_WRAP    0x01 /* request 1 wraps */
442 #define BFQ_RQ2_WRAP    0x02 /* request 2 wraps */
443         unsigned int wrap = 0; /* bit mask: requests behind the disk head? */
444
445         if (!rq1 || rq1 == rq2)
446                 return rq2;
447         if (!rq2)
448                 return rq1;
449
450         if (rq_is_sync(rq1) && !rq_is_sync(rq2))
451                 return rq1;
452         else if (rq_is_sync(rq2) && !rq_is_sync(rq1))
453                 return rq2;
454         if ((rq1->cmd_flags & REQ_META) && !(rq2->cmd_flags & REQ_META))
455                 return rq1;
456         else if ((rq2->cmd_flags & REQ_META) && !(rq1->cmd_flags & REQ_META))
457                 return rq2;
458
459         s1 = blk_rq_pos(rq1);
460         s2 = blk_rq_pos(rq2);
461
462         /*
463          * By definition, 1KiB is 2 sectors.
464          */
465         back_max = bfqd->bfq_back_max * 2;
466
467         /*
468          * Strict one way elevator _except_ in the case where we allow
469          * short backward seeks which are biased as twice the cost of a
470          * similar forward seek.
471          */
472         if (s1 >= last)
473                 d1 = s1 - last;
474         else if (s1 + back_max >= last)
475                 d1 = (last - s1) * bfqd->bfq_back_penalty;
476         else
477                 wrap |= BFQ_RQ1_WRAP;
478
479         if (s2 >= last)
480                 d2 = s2 - last;
481         else if (s2 + back_max >= last)
482                 d2 = (last - s2) * bfqd->bfq_back_penalty;
483         else
484                 wrap |= BFQ_RQ2_WRAP;
485
486         /* Found required data */
487
488         /*
489          * By doing switch() on the bit mask "wrap" we avoid having to
490          * check two variables for all permutations: --> faster!
491          */
492         switch (wrap) {
493         case 0: /* common case for CFQ: rq1 and rq2 not wrapped */
494                 if (d1 < d2)
495                         return rq1;
496                 else if (d2 < d1)
497                         return rq2;
498
499                 if (s1 >= s2)
500                         return rq1;
501                 else
502                         return rq2;
503
504         case BFQ_RQ2_WRAP:
505                 return rq1;
506         case BFQ_RQ1_WRAP:
507                 return rq2;
508         case BFQ_RQ1_WRAP|BFQ_RQ2_WRAP: /* both rqs wrapped */
509         default:
510                 /*
511                  * Since both rqs are wrapped,
512                  * start with the one that's further behind head
513                  * (--> only *one* back seek required),
514                  * since back seek takes more time than forward.
515                  */
516                 if (s1 <= s2)
517                         return rq1;
518                 else
519                         return rq2;
520         }
521 }
522
523 /*
524  * Async I/O can easily starve sync I/O (both sync reads and sync
525  * writes), by consuming all tags. Similarly, storms of sync writes,
526  * such as those that sync(2) may trigger, can starve sync reads.
527  * Limit depths of async I/O and sync writes so as to counter both
528  * problems.
529  */
530 static void bfq_limit_depth(unsigned int op, struct blk_mq_alloc_data *data)
531 {
532         struct bfq_data *bfqd = data->q->elevator->elevator_data;
533
534         if (op_is_sync(op) && !op_is_write(op))
535                 return;
536
537         data->shallow_depth =
538                 bfqd->word_depths[!!bfqd->wr_busy_queues][op_is_sync(op)];
539
540         bfq_log(bfqd, "[%s] wr_busy %d sync %d depth %u",
541                         __func__, bfqd->wr_busy_queues, op_is_sync(op),
542                         data->shallow_depth);
543 }
544
545 static struct bfq_queue *
546 bfq_rq_pos_tree_lookup(struct bfq_data *bfqd, struct rb_root *root,
547                      sector_t sector, struct rb_node **ret_parent,
548                      struct rb_node ***rb_link)
549 {
550         struct rb_node **p, *parent;
551         struct bfq_queue *bfqq = NULL;
552
553         parent = NULL;
554         p = &root->rb_node;
555         while (*p) {
556                 struct rb_node **n;
557
558                 parent = *p;
559                 bfqq = rb_entry(parent, struct bfq_queue, pos_node);
560
561                 /*
562                  * Sort strictly based on sector. Smallest to the left,
563                  * largest to the right.
564                  */
565                 if (sector > blk_rq_pos(bfqq->next_rq))
566                         n = &(*p)->rb_right;
567                 else if (sector < blk_rq_pos(bfqq->next_rq))
568                         n = &(*p)->rb_left;
569                 else
570                         break;
571                 p = n;
572                 bfqq = NULL;
573         }
574
575         *ret_parent = parent;
576         if (rb_link)
577                 *rb_link = p;
578
579         bfq_log(bfqd, "rq_pos_tree_lookup %llu: returning %d",
580                 (unsigned long long)sector,
581                 bfqq ? bfqq->pid : 0);
582
583         return bfqq;
584 }
585
586 static bool bfq_too_late_for_merging(struct bfq_queue *bfqq)
587 {
588         return bfqq->service_from_backlogged > 0 &&
589                 time_is_before_jiffies(bfqq->first_IO_time +
590                                        bfq_merge_time_limit);
591 }
592
593 void bfq_pos_tree_add_move(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
594 {
595         struct rb_node **p, *parent;
596         struct bfq_queue *__bfqq;
597
598         if (bfqq->pos_root) {
599                 rb_erase(&bfqq->pos_node, bfqq->pos_root);
600                 bfqq->pos_root = NULL;
601         }
602
603         /*
604          * bfqq cannot be merged any longer (see comments in
605          * bfq_setup_cooperator): no point in adding bfqq into the
606          * position tree.
607          */
608         if (bfq_too_late_for_merging(bfqq))
609                 return;
610
611         if (bfq_class_idle(bfqq))
612                 return;
613         if (!bfqq->next_rq)
614                 return;
615
616         bfqq->pos_root = &bfq_bfqq_to_bfqg(bfqq)->rq_pos_tree;
617         __bfqq = bfq_rq_pos_tree_lookup(bfqd, bfqq->pos_root,
618                         blk_rq_pos(bfqq->next_rq), &parent, &p);
619         if (!__bfqq) {
620                 rb_link_node(&bfqq->pos_node, parent, p);
621                 rb_insert_color(&bfqq->pos_node, bfqq->pos_root);
622         } else
623                 bfqq->pos_root = NULL;
624 }
625
626 /*
627  * Tell whether there are active queues or groups with differentiated weights.
628  */
629 static bool bfq_differentiated_weights(struct bfq_data *bfqd)
630 {
631         /*
632          * For weights to differ, at least one of the trees must contain
633          * at least two nodes.
634          */
635         return (!RB_EMPTY_ROOT(&bfqd->queue_weights_tree) &&
636                 (bfqd->queue_weights_tree.rb_node->rb_left ||
637                  bfqd->queue_weights_tree.rb_node->rb_right)
638 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
639                ) ||
640                (!RB_EMPTY_ROOT(&bfqd->group_weights_tree) &&
641                 (bfqd->group_weights_tree.rb_node->rb_left ||
642                  bfqd->group_weights_tree.rb_node->rb_right)
643 #endif
644                );
645 }
646
647 /*
648  * The following function returns true if every queue must receive the
649  * same share of the throughput (this condition is used when deciding
650  * whether idling may be disabled, see the comments in the function
651  * bfq_better_to_idle()).
652  *
653  * Such a scenario occurs when:
654  * 1) all active queues have the same weight,
655  * 2) all active groups at the same level in the groups tree have the same
656  *    weight,
657  * 3) all active groups at the same level in the groups tree have the same
658  *    number of children.
659  *
660  * Unfortunately, keeping the necessary state for evaluating exactly the
661  * above symmetry conditions would be quite complex and time-consuming.
662  * Therefore this function evaluates, instead, the following stronger
663  * sub-conditions, for which it is much easier to maintain the needed
664  * state:
665  * 1) all active queues have the same weight,
666  * 2) all active groups have the same weight,
667  * 3) all active groups have at most one active child each.
668  * In particular, the last two conditions are always true if hierarchical
669  * support and the cgroups interface are not enabled, thus no state needs
670  * to be maintained in this case.
671  */
672 static bool bfq_symmetric_scenario(struct bfq_data *bfqd)
673 {
674         return !bfq_differentiated_weights(bfqd);
675 }
676
677 /*
678  * If the weight-counter tree passed as input contains no counter for
679  * the weight of the input entity, then add that counter; otherwise just
680  * increment the existing counter.
681  *
682  * Note that weight-counter trees contain few nodes in mostly symmetric
683  * scenarios. For example, if all queues have the same weight, then the
684  * weight-counter tree for the queues may contain at most one node.
685  * This holds even if low_latency is on, because weight-raised queues
686  * are not inserted in the tree.
687  * In most scenarios, the rate at which nodes are created/destroyed
688  * should be low too.
689  */
690 void bfq_weights_tree_add(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_entity *entity,
691                           struct rb_root *root)
692 {
693         struct rb_node **new = &(root->rb_node), *parent = NULL;
694
695         /*
696          * Do not insert if the entity is already associated with a
697          * counter, which happens if:
698          *   1) the entity is associated with a queue,
699          *   2) a request arrival has caused the queue to become both
700          *      non-weight-raised, and hence change its weight, and
701          *      backlogged; in this respect, each of the two events
702          *      causes an invocation of this function,
703          *   3) this is the invocation of this function caused by the
704          *      second event. This second invocation is actually useless,
705          *      and we handle this fact by exiting immediately. More
706          *      efficient or clearer solutions might possibly be adopted.
707          */
708         if (entity->weight_counter)
709                 return;
710
711         while (*new) {
712                 struct bfq_weight_counter *__counter = container_of(*new,
713                                                 struct bfq_weight_counter,
714                                                 weights_node);
715                 parent = *new;
716
717                 if (entity->weight == __counter->weight) {
718                         entity->weight_counter = __counter;
719                         goto inc_counter;
720                 }
721                 if (entity->weight < __counter->weight)
722                         new = &((*new)->rb_left);
723                 else
724                         new = &((*new)->rb_right);
725         }
726
727         entity->weight_counter = kzalloc(sizeof(struct bfq_weight_counter),
728                                          GFP_ATOMIC);
729
730         /*
731          * In the unlucky event of an allocation failure, we just
732          * exit. This will cause the weight of entity to not be
733          * considered in bfq_differentiated_weights, which, in its
734          * turn, causes the scenario to be deemed wrongly symmetric in
735          * case entity's weight would have been the only weight making
736          * the scenario asymmetric. On the bright side, no unbalance
737          * will however occur when entity becomes inactive again (the
738          * invocation of this function is triggered by an activation
739          * of entity). In fact, bfq_weights_tree_remove does nothing
740          * if !entity->weight_counter.
741          */
742         if (unlikely(!entity->weight_counter))
743                 return;
744
745         entity->weight_counter->weight = entity->weight;
746         rb_link_node(&entity->weight_counter->weights_node, parent, new);
747         rb_insert_color(&entity->weight_counter->weights_node, root);
748
749 inc_counter:
750         entity->weight_counter->num_active++;
751 }
752
753 /*
754  * Decrement the weight counter associated with the entity, and, if the
755  * counter reaches 0, remove the counter from the tree.
756  * See the comments to the function bfq_weights_tree_add() for considerations
757  * about overhead.
758  */
759 void __bfq_weights_tree_remove(struct bfq_data *bfqd,
760                                struct bfq_entity *entity,
761                                struct rb_root *root)
762 {
763         if (!entity->weight_counter)
764                 return;
765
766         entity->weight_counter->num_active--;
767         if (entity->weight_counter->num_active > 0)
768                 goto reset_entity_pointer;
769
770         rb_erase(&entity->weight_counter->weights_node, root);
771         kfree(entity->weight_counter);
772
773 reset_entity_pointer:
774         entity->weight_counter = NULL;
775 }
776
777 /*
778  * Invoke __bfq_weights_tree_remove on bfqq and all its inactive
779  * parent entities.
780  */
781 void bfq_weights_tree_remove(struct bfq_data *bfqd,
782                              struct bfq_queue *bfqq)
783 {
784         struct bfq_entity *entity = bfqq->entity.parent;
785
786         __bfq_weights_tree_remove(bfqd, &bfqq->entity,
787                                   &bfqd->queue_weights_tree);
788
789         for_each_entity(entity) {
790                 struct bfq_sched_data *sd = entity->my_sched_data;
791
792                 if (sd->next_in_service || sd->in_service_entity) {
793                         /*
794                          * entity is still active, because either
795                          * next_in_service or in_service_entity is not
796                          * NULL (see the comments on the definition of
797                          * next_in_service for details on why
798                          * in_service_entity must be checked too).
799                          *
800                          * As a consequence, the weight of entity is
801                          * not to be removed. In addition, if entity
802                          * is active, then its parent entities are
803                          * active as well, and thus their weights are
804                          * not to be removed either. In the end, this
805                          * loop must stop here.
806                          */
807                         break;
808                 }
809                 __bfq_weights_tree_remove(bfqd, entity,
810                                           &bfqd->group_weights_tree);
811         }
812 }
813
814 /*
815  * Return expired entry, or NULL to just start from scratch in rbtree.
816  */
817 static struct request *bfq_check_fifo(struct bfq_queue *bfqq,
818                                       struct request *last)
819 {
820         struct request *rq;
821
822         if (bfq_bfqq_fifo_expire(bfqq))
823                 return NULL;
824
825         bfq_mark_bfqq_fifo_expire(bfqq);
826
827         rq = rq_entry_fifo(bfqq->fifo.next);
828
829         if (rq == last || ktime_get_ns() < rq->fifo_time)
830                 return NULL;
831
832         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "check_fifo: returned %p", rq);
833         return rq;
834 }
835
836 static struct request *bfq_find_next_rq(struct bfq_data *bfqd,
837                                         struct bfq_queue *bfqq,
838                                         struct request *last)
839 {
840         struct rb_node *rbnext = rb_next(&last->rb_node);
841         struct rb_node *rbprev = rb_prev(&last->rb_node);
842         struct request *next, *prev = NULL;
843
844         /* Follow expired path, else get first next available. */
845         next = bfq_check_fifo(bfqq, last);
846         if (next)
847                 return next;
848
849         if (rbprev)
850                 prev = rb_entry_rq(rbprev);
851
852         if (rbnext)
853                 next = rb_entry_rq(rbnext);
854         else {
855                 rbnext = rb_first(&bfqq->sort_list);
856                 if (rbnext && rbnext != &last->rb_node)
857                         next = rb_entry_rq(rbnext);
858         }
859
860         return bfq_choose_req(bfqd, next, prev, blk_rq_pos(last));
861 }
862
863 /* see the definition of bfq_async_charge_factor for details */
864 static unsigned long bfq_serv_to_charge(struct request *rq,
865                                         struct bfq_queue *bfqq)
866 {
867         if (bfq_bfqq_sync(bfqq) || bfqq->wr_coeff > 1)
868                 return blk_rq_sectors(rq);
869
870         return blk_rq_sectors(rq) * bfq_async_charge_factor;
871 }
872
873 /**
874  * bfq_updated_next_req - update the queue after a new next_rq selection.
875  * @bfqd: the device data the queue belongs to.
876  * @bfqq: the queue to update.
877  *
878  * If the first request of a queue changes we make sure that the queue
879  * has enough budget to serve at least its first request (if the
880  * request has grown).  We do this because if the queue has not enough
881  * budget for its first request, it has to go through two dispatch
882  * rounds to actually get it dispatched.
883  */
884 static void bfq_updated_next_req(struct bfq_data *bfqd,
885                                  struct bfq_queue *bfqq)
886 {
887         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
888         struct request *next_rq = bfqq->next_rq;
889         unsigned long new_budget;
890
891         if (!next_rq)
892                 return;
893
894         if (bfqq == bfqd->in_service_queue)
895                 /*
896                  * In order not to break guarantees, budgets cannot be
897                  * changed after an entity has been selected.
898                  */
899                 return;
900
901         new_budget = max_t(unsigned long, bfqq->max_budget,
902                            bfq_serv_to_charge(next_rq, bfqq));
903         if (entity->budget != new_budget) {
904                 entity->budget = new_budget;
905                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "updated next rq: new budget %lu",
906                                          new_budget);
907                 bfq_requeue_bfqq(bfqd, bfqq, false);
908         }
909 }
910
911 static unsigned int bfq_wr_duration(struct bfq_data *bfqd)
912 {
913         u64 dur;
914
915         if (bfqd->bfq_wr_max_time > 0)
916                 return bfqd->bfq_wr_max_time;
917
918         dur = bfqd->rate_dur_prod;
919         do_div(dur, bfqd->peak_rate);
920
921         /*
922          * Limit duration between 3 and 25 seconds. The upper limit
923          * has been conservatively set after the following worst case:
924          * on a QEMU/KVM virtual machine
925          * - running in a slow PC
926          * - with a virtual disk stacked on a slow low-end 5400rpm HDD
927          * - serving a heavy I/O workload, such as the sequential reading
928          *   of several files
929          * mplayer took 23 seconds to start, if constantly weight-raised.
930          *
931          * As for higher values than that accomodating the above bad
932          * scenario, tests show that higher values would often yield
933          * the opposite of the desired result, i.e., would worsen
934          * responsiveness by allowing non-interactive applications to
935          * preserve weight raising for too long.
936          *
937          * On the other end, lower values than 3 seconds make it
938          * difficult for most interactive tasks to complete their jobs
939          * before weight-raising finishes.
940          */
941         return clamp_val(dur, msecs_to_jiffies(3000), msecs_to_jiffies(25000));
942 }
943
944 /* switch back from soft real-time to interactive weight raising */
945 static void switch_back_to_interactive_wr(struct bfq_queue *bfqq,
946                                           struct bfq_data *bfqd)
947 {
948         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
949         bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
950         bfqq->last_wr_start_finish = bfqq->wr_start_at_switch_to_srt;
951 }
952
953 static void
954 bfq_bfqq_resume_state(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_data *bfqd,
955                       struct bfq_io_cq *bic, bool bfq_already_existing)
956 {
957         unsigned int old_wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
958         bool busy = bfq_already_existing && bfq_bfqq_busy(bfqq);
959
960         if (bic->saved_has_short_ttime)
961                 bfq_mark_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
962         else
963                 bfq_clear_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
964
965         if (bic->saved_IO_bound)
966                 bfq_mark_bfqq_IO_bound(bfqq);
967         else
968                 bfq_clear_bfqq_IO_bound(bfqq);
969
970         bfqq->ttime = bic->saved_ttime;
971         bfqq->wr_coeff = bic->saved_wr_coeff;
972         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt = bic->saved_wr_start_at_switch_to_srt;
973         bfqq->last_wr_start_finish = bic->saved_last_wr_start_finish;
974         bfqq->wr_cur_max_time = bic->saved_wr_cur_max_time;
975
976         if (bfqq->wr_coeff > 1 && (bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq) ||
977             time_is_before_jiffies(bfqq->last_wr_start_finish +
978                                    bfqq->wr_cur_max_time))) {
979                 if (bfqq->wr_cur_max_time == bfqd->bfq_wr_rt_max_time &&
980                     !bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq) &&
981                     time_is_after_eq_jiffies(bfqq->wr_start_at_switch_to_srt +
982                                              bfq_wr_duration(bfqd))) {
983                         switch_back_to_interactive_wr(bfqq, bfqd);
984                 } else {
985                         bfqq->wr_coeff = 1;
986                         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq,
987                                      "resume state: switching off wr");
988                 }
989         }
990
991         /* make sure weight will be updated, however we got here */
992         bfqq->entity.prio_changed = 1;
993
994         if (likely(!busy))
995                 return;
996
997         if (old_wr_coeff == 1 && bfqq->wr_coeff > 1)
998                 bfqd->wr_busy_queues++;
999         else if (old_wr_coeff > 1 && bfqq->wr_coeff == 1)
1000                 bfqd->wr_busy_queues--;
1001 }
1002
1003 static int bfqq_process_refs(struct bfq_queue *bfqq)
1004 {
1005         return bfqq->ref - bfqq->allocated - bfqq->entity.on_st;
1006 }
1007
1008 /* Empty burst list and add just bfqq (see comments on bfq_handle_burst) */
1009 static void bfq_reset_burst_list(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
1010 {
1011         struct bfq_queue *item;
1012         struct hlist_node *n;
1013
1014         hlist_for_each_entry_safe(item, n, &bfqd->burst_list, burst_list_node)
1015                 hlist_del_init(&item->burst_list_node);
1016         hlist_add_head(&bfqq->burst_list_node, &bfqd->burst_list);
1017         bfqd->burst_size = 1;
1018         bfqd->burst_parent_entity = bfqq->entity.parent;
1019 }
1020
1021 /* Add bfqq to the list of queues in current burst (see bfq_handle_burst) */
1022 static void bfq_add_to_burst(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
1023 {
1024         /* Increment burst size to take into account also bfqq */
1025         bfqd->burst_size++;
1026
1027         if (bfqd->burst_size == bfqd->bfq_large_burst_thresh) {
1028                 struct bfq_queue *pos, *bfqq_item;
1029                 struct hlist_node *n;
1030
1031                 /*
1032                  * Enough queues have been activated shortly after each
1033                  * other to consider this burst as large.
1034                  */
1035                 bfqd->large_burst = true;
1036
1037                 /*
1038                  * We can now mark all queues in the burst list as
1039                  * belonging to a large burst.
1040                  */
1041                 hlist_for_each_entry(bfqq_item, &bfqd->burst_list,
1042                                      burst_list_node)
1043                         bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq_item);
1044                 bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq);
1045
1046                 /*
1047                  * From now on, and until the current burst finishes, any
1048                  * new queue being activated shortly after the last queue
1049                  * was inserted in the burst can be immediately marked as
1050                  * belonging to a large burst. So the burst list is not
1051                  * needed any more. Remove it.
1052                  */
1053                 hlist_for_each_entry_safe(pos, n, &bfqd->burst_list,
1054                                           burst_list_node)
1055                         hlist_del_init(&pos->burst_list_node);
1056         } else /*
1057                 * Burst not yet large: add bfqq to the burst list. Do
1058                 * not increment the ref counter for bfqq, because bfqq
1059                 * is removed from the burst list before freeing bfqq
1060                 * in put_queue.
1061                 */
1062                 hlist_add_head(&bfqq->burst_list_node, &bfqd->burst_list);
1063 }
1064
1065 /*
1066  * If many queues belonging to the same group happen to be created
1067  * shortly after each other, then the processes associated with these
1068  * queues have typically a common goal. In particular, bursts of queue
1069  * creations are usually caused by services or applications that spawn
1070  * many parallel threads/processes. Examples are systemd during boot,
1071  * or git grep. To help these processes get their job done as soon as
1072  * possible, it is usually better to not grant either weight-raising
1073  * or device idling to their queues.
1074  *
1075  * In this comment we describe, firstly, the reasons why this fact
1076  * holds, and, secondly, the next function, which implements the main
1077  * steps needed to properly mark these queues so that they can then be
1078  * treated in a different way.
1079  *
1080  * The above services or applications benefit mostly from a high
1081  * throughput: the quicker the requests of the activated queues are
1082  * cumulatively served, the sooner the target job of these queues gets
1083  * completed. As a consequence, weight-raising any of these queues,
1084  * which also implies idling the device for it, is almost always
1085  * counterproductive. In most cases it just lowers throughput.
1086  *
1087  * On the other hand, a burst of queue creations may be caused also by
1088  * the start of an application that does not consist of a lot of
1089  * parallel I/O-bound threads. In fact, with a complex application,
1090  * several short processes may need to be executed to start-up the
1091  * application. In this respect, to start an application as quickly as
1092  * possible, the best thing to do is in any case to privilege the I/O
1093  * related to the application with respect to all other
1094  * I/O. Therefore, the best strategy to start as quickly as possible
1095  * an application that causes a burst of queue creations is to
1096  * weight-raise all the queues created during the burst. This is the
1097  * exact opposite of the best strategy for the other type of bursts.
1098  *
1099  * In the end, to take the best action for each of the two cases, the
1100  * two types of bursts need to be distinguished. Fortunately, this
1101  * seems relatively easy, by looking at the sizes of the bursts. In
1102  * particular, we found a threshold such that only bursts with a
1103  * larger size than that threshold are apparently caused by
1104  * services or commands such as systemd or git grep. For brevity,
1105  * hereafter we call just 'large' these bursts. BFQ *does not*
1106  * weight-raise queues whose creation occurs in a large burst. In
1107  * addition, for each of these queues BFQ performs or does not perform
1108  * idling depending on which choice boosts the throughput more. The
1109  * exact choice depends on the device and request pattern at
1110  * hand.
1111  *
1112  * Unfortunately, false positives may occur while an interactive task
1113  * is starting (e.g., an application is being started). The
1114  * consequence is that the queues associated with the task do not
1115  * enjoy weight raising as expected. Fortunately these false positives
1116  * are very rare. They typically occur if some service happens to
1117  * start doing I/O exactly when the interactive task starts.
1118  *
1119  * Turning back to the next function, it implements all the steps
1120  * needed to detect the occurrence of a large burst and to properly
1121  * mark all the queues belonging to it (so that they can then be
1122  * treated in a different way). This goal is achieved by maintaining a
1123  * "burst list" that holds, temporarily, the queues that belong to the
1124  * burst in progress. The list is then used to mark these queues as
1125  * belonging to a large burst if the burst does become large. The main
1126  * steps are the following.
1127  *
1128  * . when the very first queue is created, the queue is inserted into the
1129  *   list (as it could be the first queue in a possible burst)
1130  *
1131  * . if the current burst has not yet become large, and a queue Q that does
1132  *   not yet belong to the burst is activated shortly after the last time
1133  *   at which a new queue entered the burst list, then the function appends
1134  *   Q to the burst list
1135  *
1136  * . if, as a consequence of the previous step, the burst size reaches
1137  *   the large-burst threshold, then
1138  *
1139  *     . all the queues in the burst list are marked as belonging to a
1140  *       large burst
1141  *
1142  *     . the burst list is deleted; in fact, the burst list already served
1143  *       its purpose (keeping temporarily track of the queues in a burst,
1144  *       so as to be able to mark them as belonging to a large burst in the
1145  *       previous sub-step), and now is not needed any more
1146  *
1147  *     . the device enters a large-burst mode
1148  *
1149  * . if a queue Q that does not belong to the burst is created while
1150  *   the device is in large-burst mode and shortly after the last time
1151  *   at which a queue either entered the burst list or was marked as
1152  *   belonging to the current large burst, then Q is immediately marked
1153  *   as belonging to a large burst.
1154  *
1155  * . if a queue Q that does not belong to the burst is created a while
1156  *   later, i.e., not shortly after, than the last time at which a queue
1157  *   either entered the burst list or was marked as belonging to the
1158  *   current large burst, then the current burst is deemed as finished and:
1159  *
1160  *        . the large-burst mode is reset if set
1161  *
1162  *        . the burst list is emptied
1163  *
1164  *        . Q is inserted in the burst list, as Q may be the first queue
1165  *          in a possible new burst (then the burst list contains just Q
1166  *          after this step).
1167  */
1168 static void bfq_handle_burst(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
1169 {
1170         /*
1171          * If bfqq is already in the burst list or is part of a large
1172          * burst, or finally has just been split, then there is
1173          * nothing else to do.
1174          */
1175         if (!hlist_unhashed(&bfqq->burst_list_node) ||
1176             bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq) ||
1177             time_is_after_eq_jiffies(bfqq->split_time +
1178                                      msecs_to_jiffies(10)))
1179                 return;
1180
1181         /*
1182          * If bfqq's creation happens late enough, or bfqq belongs to
1183          * a different group than the burst group, then the current
1184          * burst is finished, and related data structures must be
1185          * reset.
1186          *
1187          * In this respect, consider the special case where bfqq is
1188          * the very first queue created after BFQ is selected for this
1189          * device. In this case, last_ins_in_burst and
1190          * burst_parent_entity are not yet significant when we get
1191          * here. But it is easy to verify that, whether or not the
1192          * following condition is true, bfqq will end up being
1193          * inserted into the burst list. In particular the list will
1194          * happen to contain only bfqq. And this is exactly what has
1195          * to happen, as bfqq may be the first queue of the first
1196          * burst.
1197          */
1198         if (time_is_before_jiffies(bfqd->last_ins_in_burst +
1199             bfqd->bfq_burst_interval) ||
1200             bfqq->entity.parent != bfqd->burst_parent_entity) {
1201                 bfqd->large_burst = false;
1202                 bfq_reset_burst_list(bfqd, bfqq);
1203                 goto end;
1204         }
1205
1206         /*
1207          * If we get here, then bfqq is being activated shortly after the
1208          * last queue. So, if the current burst is also large, we can mark
1209          * bfqq as belonging to this large burst immediately.
1210          */
1211         if (bfqd->large_burst) {
1212                 bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq);
1213                 goto end;
1214         }
1215
1216         /*
1217          * If we get here, then a large-burst state has not yet been
1218          * reached, but bfqq is being activated shortly after the last
1219          * queue. Then we add bfqq to the burst.
1220          */
1221         bfq_add_to_burst(bfqd, bfqq);
1222 end:
1223         /*
1224          * At this point, bfqq either has been added to the current
1225          * burst or has caused the current burst to terminate and a
1226          * possible new burst to start. In particular, in the second
1227          * case, bfqq has become the first queue in the possible new
1228          * burst.  In both cases last_ins_in_burst needs to be moved
1229          * forward.
1230          */
1231         bfqd->last_ins_in_burst = jiffies;
1232 }
1233
1234 static int bfq_bfqq_budget_left(struct bfq_queue *bfqq)
1235 {
1236         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
1237
1238         return entity->budget - entity->service;
1239 }
1240
1241 /*
1242  * If enough samples have been computed, return the current max budget
1243  * stored in bfqd, which is dynamically updated according to the
1244  * estimated disk peak rate; otherwise return the default max budget
1245  */
1246 static int bfq_max_budget(struct bfq_data *bfqd)
1247 {
1248         if (bfqd->budgets_assigned < bfq_stats_min_budgets)
1249                 return bfq_default_max_budget;
1250         else
1251                 return bfqd->bfq_max_budget;
1252 }
1253
1254 /*
1255  * Return min budget, which is a fraction of the current or default
1256  * max budget (trying with 1/32)
1257  */
1258 static int bfq_min_budget(struct bfq_data *bfqd)
1259 {
1260         if (bfqd->budgets_assigned < bfq_stats_min_budgets)
1261                 return bfq_default_max_budget / 32;
1262         else
1263                 return bfqd->bfq_max_budget / 32;
1264 }
1265
1266 /*
1267  * The next function, invoked after the input queue bfqq switches from
1268  * idle to busy, updates the budget of bfqq. The function also tells
1269  * whether the in-service queue should be expired, by returning
1270  * true. The purpose of expiring the in-service queue is to give bfqq
1271  * the chance to possibly preempt the in-service queue, and the reason
1272  * for preempting the in-service queue is to achieve one of the two
1273  * goals below.
1274  *
1275  * 1. Guarantee to bfqq its reserved bandwidth even if bfqq has
1276  * expired because it has remained idle. In particular, bfqq may have
1277  * expired for one of the following two reasons:
1278  *
1279  * - BFQQE_NO_MORE_REQUESTS bfqq did not enjoy any device idling
1280  *   and did not make it to issue a new request before its last
1281  *   request was served;
1282  *
1283  * - BFQQE_TOO_IDLE bfqq did enjoy device idling, but did not issue
1284  *   a new request before the expiration of the idling-time.
1285  *
1286  * Even if bfqq has expired for one of the above reasons, the process
1287  * associated with the queue may be however issuing requests greedily,
1288  * and thus be sensitive to the bandwidth it receives (bfqq may have
1289  * remained idle for other reasons: CPU high load, bfqq not enjoying
1290  * idling, I/O throttling somewhere in the path from the process to
1291  * the I/O scheduler, ...). But if, after every expiration for one of
1292  * the above two reasons, bfqq has to wait for the service of at least
1293  * one full budget of another queue before being served again, then
1294  * bfqq is likely to get a much lower bandwidth or resource time than
1295  * its reserved ones. To address this issue, two countermeasures need
1296  * to be taken.
1297  *
1298  * First, the budget and the timestamps of bfqq need to be updated in
1299  * a special way on bfqq reactivation: they need to be updated as if
1300  * bfqq did not remain idle and did not expire. In fact, if they are
1301  * computed as if bfqq expired and remained idle until reactivation,
1302  * then the process associated with bfqq is treated as if, instead of
1303  * being greedy, it stopped issuing requests when bfqq remained idle,
1304  * and restarts issuing requests only on this reactivation. In other
1305  * words, the scheduler does not help the process recover the "service
1306  * hole" between bfqq expiration and reactivation. As a consequence,
1307  * the process receives a lower bandwidth than its reserved one. In
1308  * contrast, to recover this hole, the budget must be updated as if
1309  * bfqq was not expired at all before this reactivation, i.e., it must
1310  * be set to the value of the remaining budget when bfqq was
1311  * expired. Along the same line, timestamps need to be assigned the
1312  * value they had the last time bfqq was selected for service, i.e.,
1313  * before last expiration. Thus timestamps need to be back-shifted
1314  * with respect to their normal computation (see [1] for more details
1315  * on this tricky aspect).
1316  *
1317  * Secondly, to allow the process to recover the hole, the in-service
1318  * queue must be expired too, to give bfqq the chance to preempt it
1319  * immediately. In fact, if bfqq has to wait for a full budget of the
1320  * in-service queue to be completed, then it may become impossible to
1321  * let the process recover the hole, even if the back-shifted
1322  * timestamps of bfqq are lower than those of the in-service queue. If
1323  * this happens for most or all of the holes, then the process may not
1324  * receive its reserved bandwidth. In this respect, it is worth noting
1325  * that, being the service of outstanding requests unpreemptible, a
1326  * little fraction of the holes may however be unrecoverable, thereby
1327  * causing a little loss of bandwidth.
1328  *
1329  * The last important point is detecting whether bfqq does need this
1330  * bandwidth recovery. In this respect, the next function deems the
1331  * process associated with bfqq greedy, and thus allows it to recover
1332  * the hole, if: 1) the process is waiting for the arrival of a new
1333  * request (which implies that bfqq expired for one of the above two
1334  * reasons), and 2) such a request has arrived soon. The first
1335  * condition is controlled through the flag non_blocking_wait_rq,
1336  * while the second through the flag arrived_in_time. If both
1337  * conditions hold, then the function computes the budget in the
1338  * above-described special way, and signals that the in-service queue
1339  * should be expired. Timestamp back-shifting is done later in
1340  * __bfq_activate_entity.
1341  *
1342  * 2. Reduce latency. Even if timestamps are not backshifted to let
1343  * the process associated with bfqq recover a service hole, bfqq may
1344  * however happen to have, after being (re)activated, a lower finish
1345  * timestamp than the in-service queue.  That is, the next budget of
1346  * bfqq may have to be completed before the one of the in-service
1347  * queue. If this is the case, then preempting the in-service queue
1348  * allows this goal to be achieved, apart from the unpreemptible,
1349  * outstanding requests mentioned above.
1350  *
1351  * Unfortunately, regardless of which of the above two goals one wants
1352  * to achieve, service trees need first to be updated to know whether
1353  * the in-service queue must be preempted. To have service trees
1354  * correctly updated, the in-service queue must be expired and
1355  * rescheduled, and bfqq must be scheduled too. This is one of the
1356  * most costly operations (in future versions, the scheduling
1357  * mechanism may be re-designed in such a way to make it possible to
1358  * know whether preemption is needed without needing to update service
1359  * trees). In addition, queue preemptions almost always cause random
1360  * I/O, and thus loss of throughput. Because of these facts, the next
1361  * function adopts the following simple scheme to avoid both costly
1362  * operations and too frequent preemptions: it requests the expiration
1363  * of the in-service queue (unconditionally) only for queues that need
1364  * to recover a hole, or that either are weight-raised or deserve to
1365  * be weight-raised.
1366  */
1367 static bool bfq_bfqq_update_budg_for_activation(struct bfq_data *bfqd,
1368                                                 struct bfq_queue *bfqq,
1369                                                 bool arrived_in_time,
1370                                                 bool wr_or_deserves_wr)
1371 {
1372         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
1373
1374         if (bfq_bfqq_non_blocking_wait_rq(bfqq) && arrived_in_time) {
1375                 /*
1376                  * We do not clear the flag non_blocking_wait_rq here, as
1377                  * the latter is used in bfq_activate_bfqq to signal
1378                  * that timestamps need to be back-shifted (and is
1379                  * cleared right after).
1380                  */
1381
1382                 /*
1383                  * In next assignment we rely on that either
1384                  * entity->service or entity->budget are not updated
1385                  * on expiration if bfqq is empty (see
1386                  * __bfq_bfqq_recalc_budget). Thus both quantities
1387                  * remain unchanged after such an expiration, and the
1388                  * following statement therefore assigns to
1389                  * entity->budget the remaining budget on such an
1390                  * expiration.
1391                  */
1392                 entity->budget = min_t(unsigned long,
1393                                        bfq_bfqq_budget_left(bfqq),
1394                                        bfqq->max_budget);
1395
1396                 /*
1397                  * At this point, we have used entity->service to get
1398                  * the budget left (needed for updating
1399                  * entity->budget). Thus we finally can, and have to,
1400                  * reset entity->service. The latter must be reset
1401                  * because bfqq would otherwise be charged again for
1402                  * the service it has received during its previous
1403                  * service slot(s).
1404                  */
1405                 entity->service = 0;
1406
1407                 return true;
1408         }
1409
1410         /*
1411          * We can finally complete expiration, by setting service to 0.
1412          */
1413         entity->service = 0;
1414         entity->budget = max_t(unsigned long, bfqq->max_budget,
1415                                bfq_serv_to_charge(bfqq->next_rq, bfqq));
1416         bfq_clear_bfqq_non_blocking_wait_rq(bfqq);
1417         return wr_or_deserves_wr;
1418 }
1419
1420 /*
1421  * Return the farthest past time instant according to jiffies
1422  * macros.
1423  */
1424 static unsigned long bfq_smallest_from_now(void)
1425 {
1426         return jiffies - MAX_JIFFY_OFFSET;
1427 }
1428
1429 static void bfq_update_bfqq_wr_on_rq_arrival(struct bfq_data *bfqd,
1430                                              struct bfq_queue *bfqq,
1431                                              unsigned int old_wr_coeff,
1432                                              bool wr_or_deserves_wr,
1433                                              bool interactive,
1434                                              bool in_burst,
1435                                              bool soft_rt)
1436 {
1437         if (old_wr_coeff == 1 && wr_or_deserves_wr) {
1438                 /* start a weight-raising period */
1439                 if (interactive) {
1440                         bfqq->service_from_wr = 0;
1441                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
1442                         bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
1443                 } else {
1444                         /*
1445                          * No interactive weight raising in progress
1446                          * here: assign minus infinity to
1447                          * wr_start_at_switch_to_srt, to make sure
1448                          * that, at the end of the soft-real-time
1449                          * weight raising periods that is starting
1450                          * now, no interactive weight-raising period
1451                          * may be wrongly considered as still in
1452                          * progress (and thus actually started by
1453                          * mistake).
1454                          */
1455                         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt =
1456                                 bfq_smallest_from_now();
1457                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff *
1458                                 BFQ_SOFTRT_WEIGHT_FACTOR;
1459                         bfqq->wr_cur_max_time =
1460                                 bfqd->bfq_wr_rt_max_time;
1461                 }
1462
1463                 /*
1464                  * If needed, further reduce budget to make sure it is
1465                  * close to bfqq's backlog, so as to reduce the
1466                  * scheduling-error component due to a too large
1467                  * budget. Do not care about throughput consequences,
1468                  * but only about latency. Finally, do not assign a
1469                  * too small budget either, to avoid increasing
1470                  * latency by causing too frequent expirations.
1471                  */
1472                 bfqq->entity.budget = min_t(unsigned long,
1473                                             bfqq->entity.budget,
1474                                             2 * bfq_min_budget(bfqd));
1475         } else if (old_wr_coeff > 1) {
1476                 if (interactive) { /* update wr coeff and duration */
1477                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
1478                         bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
1479                 } else if (in_burst)
1480                         bfqq->wr_coeff = 1;
1481                 else if (soft_rt) {
1482                         /*
1483                          * The application is now or still meeting the
1484                          * requirements for being deemed soft rt.  We
1485                          * can then correctly and safely (re)charge
1486                          * the weight-raising duration for the
1487                          * application with the weight-raising
1488                          * duration for soft rt applications.
1489                          *
1490                          * In particular, doing this recharge now, i.e.,
1491                          * before the weight-raising period for the
1492                          * application finishes, reduces the probability
1493                          * of the following negative scenario:
1494                          * 1) the weight of a soft rt application is
1495                          *    raised at startup (as for any newly
1496                          *    created application),
1497                          * 2) since the application is not interactive,
1498                          *    at a certain time weight-raising is
1499                          *    stopped for the application,
1500                          * 3) at that time the application happens to
1501                          *    still have pending requests, and hence
1502                          *    is destined to not have a chance to be
1503                          *    deemed soft rt before these requests are
1504                          *    completed (see the comments to the
1505                          *    function bfq_bfqq_softrt_next_start()
1506                          *    for details on soft rt detection),
1507                          * 4) these pending requests experience a high
1508                          *    latency because the application is not
1509                          *    weight-raised while they are pending.
1510                          */
1511                         if (bfqq->wr_cur_max_time !=
1512                                 bfqd->bfq_wr_rt_max_time) {
1513                                 bfqq->wr_start_at_switch_to_srt =
1514                                         bfqq->last_wr_start_finish;
1515
1516                                 bfqq->wr_cur_max_time =
1517                                         bfqd->bfq_wr_rt_max_time;
1518                                 bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff *
1519                                         BFQ_SOFTRT_WEIGHT_FACTOR;
1520                         }
1521                         bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
1522                 }
1523         }
1524 }
1525
1526 static bool bfq_bfqq_idle_for_long_time(struct bfq_data *bfqd,
1527                                         struct bfq_queue *bfqq)
1528 {
1529         return bfqq->dispatched == 0 &&
1530                 time_is_before_jiffies(
1531                         bfqq->budget_timeout +
1532                         bfqd->bfq_wr_min_idle_time);
1533 }
1534
1535 static void bfq_bfqq_handle_idle_busy_switch(struct bfq_data *bfqd,
1536                                              struct bfq_queue *bfqq,
1537                                              int old_wr_coeff,
1538                                              struct request *rq,
1539                                              bool *interactive)
1540 {
1541         bool soft_rt, in_burst, wr_or_deserves_wr,
1542                 bfqq_wants_to_preempt,
1543                 idle_for_long_time = bfq_bfqq_idle_for_long_time(bfqd, bfqq),
1544                 /*
1545                  * See the comments on
1546                  * bfq_bfqq_update_budg_for_activation for
1547                  * details on the usage of the next variable.
1548                  */
1549                 arrived_in_time =  ktime_get_ns() <=
1550                         bfqq->ttime.last_end_request +
1551                         bfqd->bfq_slice_idle * 3;
1552
1553
1554         /*
1555          * bfqq deserves to be weight-raised if:
1556          * - it is sync,
1557          * - it does not belong to a large burst,
1558          * - it has been idle for enough time or is soft real-time,
1559          * - is linked to a bfq_io_cq (it is not shared in any sense).
1560          */
1561         in_burst = bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq);
1562         soft_rt = bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate > 0 &&
1563                 !in_burst &&
1564                 time_is_before_jiffies(bfqq->soft_rt_next_start) &&
1565                 bfqq->dispatched == 0;
1566         *interactive = !in_burst && idle_for_long_time;
1567         wr_or_deserves_wr = bfqd->low_latency &&
1568                 (bfqq->wr_coeff > 1 ||
1569                  (bfq_bfqq_sync(bfqq) &&
1570                   bfqq->bic && (*interactive || soft_rt)));
1571
1572         /*
1573          * Using the last flag, update budget and check whether bfqq
1574          * may want to preempt the in-service queue.
1575          */
1576         bfqq_wants_to_preempt =
1577                 bfq_bfqq_update_budg_for_activation(bfqd, bfqq,
1578                                                     arrived_in_time,
1579                                                     wr_or_deserves_wr);
1580
1581         /*
1582          * If bfqq happened to be activated in a burst, but has been
1583          * idle for much more than an interactive queue, then we
1584          * assume that, in the overall I/O initiated in the burst, the
1585          * I/O associated with bfqq is finished. So bfqq does not need
1586          * to be treated as a queue belonging to a burst
1587          * anymore. Accordingly, we reset bfqq's in_large_burst flag
1588          * if set, and remove bfqq from the burst list if it's
1589          * there. We do not decrement burst_size, because the fact
1590          * that bfqq does not need to belong to the burst list any
1591          * more does not invalidate the fact that bfqq was created in
1592          * a burst.
1593          */
1594         if (likely(!bfq_bfqq_just_created(bfqq)) &&
1595             idle_for_long_time &&
1596             time_is_before_jiffies(
1597                     bfqq->budget_timeout +
1598                     msecs_to_jiffies(10000))) {
1599                 hlist_del_init(&bfqq->burst_list_node);
1600                 bfq_clear_bfqq_in_large_burst(bfqq);
1601         }
1602
1603         bfq_clear_bfqq_just_created(bfqq);
1604
1605
1606         if (!bfq_bfqq_IO_bound(bfqq)) {
1607                 if (arrived_in_time) {
1608                         bfqq->requests_within_timer++;
1609                         if (bfqq->requests_within_timer >=
1610                             bfqd->bfq_requests_within_timer)
1611                                 bfq_mark_bfqq_IO_bound(bfqq);
1612                 } else
1613                         bfqq->requests_within_timer = 0;
1614         }
1615
1616         if (bfqd->low_latency) {
1617                 if (unlikely(time_is_after_jiffies(bfqq->split_time)))
1618                         /* wraparound */
1619                         bfqq->split_time =
1620                                 jiffies - bfqd->bfq_wr_min_idle_time - 1;
1621
1622                 if (time_is_before_jiffies(bfqq->split_time +
1623                                            bfqd->bfq_wr_min_idle_time)) {
1624                         bfq_update_bfqq_wr_on_rq_arrival(bfqd, bfqq,
1625                                                          old_wr_coeff,
1626                                                          wr_or_deserves_wr,
1627                                                          *interactive,
1628                                                          in_burst,
1629                                                          soft_rt);
1630
1631                         if (old_wr_coeff != bfqq->wr_coeff)
1632                                 bfqq->entity.prio_changed = 1;
1633                 }
1634         }
1635
1636         bfqq->last_idle_bklogged = jiffies;
1637         bfqq->service_from_backlogged = 0;
1638         bfq_clear_bfqq_softrt_update(bfqq);
1639
1640         bfq_add_bfqq_busy(bfqd, bfqq);
1641
1642         /*
1643          * Expire in-service queue only if preemption may be needed
1644          * for guarantees. In this respect, the function
1645          * next_queue_may_preempt just checks a simple, necessary
1646          * condition, and not a sufficient condition based on
1647          * timestamps. In fact, for the latter condition to be
1648          * evaluated, timestamps would need first to be updated, and
1649          * this operation is quite costly (see the comments on the
1650          * function bfq_bfqq_update_budg_for_activation).
1651          */
1652         if (bfqd->in_service_queue && bfqq_wants_to_preempt &&
1653             bfqd->in_service_queue->wr_coeff < bfqq->wr_coeff &&
1654             next_queue_may_preempt(bfqd))
1655                 bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqd->in_service_queue,
1656                                 false, BFQQE_PREEMPTED);
1657 }
1658
1659 static void bfq_add_request(struct request *rq)
1660 {
1661         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
1662         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
1663         struct request *next_rq, *prev;
1664         unsigned int old_wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
1665         bool interactive = false;
1666
1667         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "add_request %d", rq_is_sync(rq));
1668         bfqq->queued[rq_is_sync(rq)]++;
1669         bfqd->queued++;
1670
1671         elv_rb_add(&bfqq->sort_list, rq);
1672
1673         /*
1674          * Check if this request is a better next-serve candidate.
1675          */
1676         prev = bfqq->next_rq;
1677         next_rq = bfq_choose_req(bfqd, bfqq->next_rq, rq, bfqd->last_position);
1678         bfqq->next_rq = next_rq;
1679
1680         /*
1681          * Adjust priority tree position, if next_rq changes.
1682          */
1683         if (prev != bfqq->next_rq)
1684                 bfq_pos_tree_add_move(bfqd, bfqq);
1685
1686         if (!bfq_bfqq_busy(bfqq)) /* switching to busy ... */
1687                 bfq_bfqq_handle_idle_busy_switch(bfqd, bfqq, old_wr_coeff,
1688                                                  rq, &interactive);
1689         else {
1690                 if (bfqd->low_latency && old_wr_coeff == 1 && !rq_is_sync(rq) &&
1691                     time_is_before_jiffies(
1692                                 bfqq->last_wr_start_finish +
1693                                 bfqd->bfq_wr_min_inter_arr_async)) {
1694                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
1695                         bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
1696
1697                         bfqd->wr_busy_queues++;
1698                         bfqq->entity.prio_changed = 1;
1699                 }
1700                 if (prev != bfqq->next_rq)
1701                         bfq_updated_next_req(bfqd, bfqq);
1702         }
1703
1704         /*
1705          * Assign jiffies to last_wr_start_finish in the following
1706          * cases:
1707          *
1708          * . if bfqq is not going to be weight-raised, because, for
1709          *   non weight-raised queues, last_wr_start_finish stores the
1710          *   arrival time of the last request; as of now, this piece
1711          *   of information is used only for deciding whether to
1712          *   weight-raise async queues
1713          *
1714          * . if bfqq is not weight-raised, because, if bfqq is now
1715          *   switching to weight-raised, then last_wr_start_finish
1716          *   stores the time when weight-raising starts
1717          *
1718          * . if bfqq is interactive, because, regardless of whether
1719          *   bfqq is currently weight-raised, the weight-raising
1720          *   period must start or restart (this case is considered
1721          *   separately because it is not detected by the above
1722          *   conditions, if bfqq is already weight-raised)
1723          *
1724          * last_wr_start_finish has to be updated also if bfqq is soft
1725          * real-time, because the weight-raising period is constantly
1726          * restarted on idle-to-busy transitions for these queues, but
1727          * this is already done in bfq_bfqq_handle_idle_busy_switch if
1728          * needed.
1729          */
1730         if (bfqd->low_latency &&
1731                 (old_wr_coeff == 1 || bfqq->wr_coeff == 1 || interactive))
1732                 bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
1733 }
1734
1735 static struct request *bfq_find_rq_fmerge(struct bfq_data *bfqd,
1736                                           struct bio *bio,
1737                                           struct request_queue *q)
1738 {
1739         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->bio_bfqq;
1740
1741
1742         if (bfqq)
1743                 return elv_rb_find(&bfqq->sort_list, bio_end_sector(bio));
1744
1745         return NULL;
1746 }
1747
1748 static sector_t get_sdist(sector_t last_pos, struct request *rq)
1749 {
1750         if (last_pos)
1751                 return abs(blk_rq_pos(rq) - last_pos);
1752
1753         return 0;
1754 }
1755
1756 #if 0 /* Still not clear if we can do without next two functions */
1757 static void bfq_activate_request(struct request_queue *q, struct request *rq)
1758 {
1759         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
1760
1761         bfqd->rq_in_driver++;
1762 }
1763
1764 static void bfq_deactivate_request(struct request_queue *q, struct request *rq)
1765 {
1766         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
1767
1768         bfqd->rq_in_driver--;
1769 }
1770 #endif
1771
1772 static void bfq_remove_request(struct request_queue *q,
1773                                struct request *rq)
1774 {
1775         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
1776         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
1777         const int sync = rq_is_sync(rq);
1778
1779         if (bfqq->next_rq == rq) {
1780                 bfqq->next_rq = bfq_find_next_rq(bfqd, bfqq, rq);
1781                 bfq_updated_next_req(bfqd, bfqq);
1782         }
1783
1784         if (rq->queuelist.prev != &rq->queuelist)
1785                 list_del_init(&rq->queuelist);
1786         bfqq->queued[sync]--;
1787         bfqd->queued--;
1788         elv_rb_del(&bfqq->sort_list, rq);
1789
1790         elv_rqhash_del(q, rq);
1791         if (q->last_merge == rq)
1792                 q->last_merge = NULL;
1793
1794         if (RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list)) {
1795                 bfqq->next_rq = NULL;
1796
1797                 if (bfq_bfqq_busy(bfqq) && bfqq != bfqd->in_service_queue) {
1798                         bfq_del_bfqq_busy(bfqd, bfqq, false);
1799                         /*
1800                          * bfqq emptied. In normal operation, when
1801                          * bfqq is empty, bfqq->entity.service and
1802                          * bfqq->entity.budget must contain,
1803                          * respectively, the service received and the
1804                          * budget used last time bfqq emptied. These
1805                          * facts do not hold in this case, as at least
1806                          * this last removal occurred while bfqq is
1807                          * not in service. To avoid inconsistencies,
1808                          * reset both bfqq->entity.service and
1809                          * bfqq->entity.budget, if bfqq has still a
1810                          * process that may issue I/O requests to it.
1811                          */
1812                         bfqq->entity.budget = bfqq->entity.service = 0;
1813                 }
1814
1815                 /*
1816                  * Remove queue from request-position tree as it is empty.
1817                  */
1818                 if (bfqq->pos_root) {
1819                         rb_erase(&bfqq->pos_node, bfqq->pos_root);
1820                         bfqq->pos_root = NULL;
1821                 }
1822         } else {
1823                 bfq_pos_tree_add_move(bfqd, bfqq);
1824         }
1825
1826         if (rq->cmd_flags & REQ_META)
1827                 bfqq->meta_pending--;
1828
1829 }
1830
1831 static bool bfq_bio_merge(struct blk_mq_hw_ctx *hctx, struct bio *bio)
1832 {
1833         struct request_queue *q = hctx->queue;
1834         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
1835         struct request *free = NULL;
1836         /*
1837          * bfq_bic_lookup grabs the queue_lock: invoke it now and
1838          * store its return value for later use, to avoid nesting
1839          * queue_lock inside the bfqd->lock. We assume that the bic
1840          * returned by bfq_bic_lookup does not go away before
1841          * bfqd->lock is taken.
1842          */
1843         struct bfq_io_cq *bic = bfq_bic_lookup(bfqd, current->io_context, q);
1844         bool ret;
1845
1846         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
1847
1848         if (bic)
1849                 bfqd->bio_bfqq = bic_to_bfqq(bic, op_is_sync(bio->bi_opf));
1850         else
1851                 bfqd->bio_bfqq = NULL;
1852         bfqd->bio_bic = bic;
1853
1854         ret = blk_mq_sched_try_merge(q, bio, &free);
1855
1856         if (free)
1857                 blk_mq_free_request(free);
1858         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
1859
1860         return ret;
1861 }
1862
1863 static int bfq_request_merge(struct request_queue *q, struct request **req,
1864                              struct bio *bio)
1865 {
1866         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
1867         struct request *__rq;
1868
1869         __rq = bfq_find_rq_fmerge(bfqd, bio, q);
1870         if (__rq && elv_bio_merge_ok(__rq, bio)) {
1871                 *req = __rq;
1872                 return ELEVATOR_FRONT_MERGE;
1873         }
1874
1875         return ELEVATOR_NO_MERGE;
1876 }
1877
1878 static struct bfq_queue *bfq_init_rq(struct request *rq);
1879
1880 static void bfq_request_merged(struct request_queue *q, struct request *req,
1881                                enum elv_merge type)
1882 {
1883         if (type == ELEVATOR_FRONT_MERGE &&
1884             rb_prev(&req->rb_node) &&
1885             blk_rq_pos(req) <
1886             blk_rq_pos(container_of(rb_prev(&req->rb_node),
1887                                     struct request, rb_node))) {
1888                 struct bfq_queue *bfqq = bfq_init_rq(req);
1889                 struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
1890                 struct request *prev, *next_rq;
1891
1892                 /* Reposition request in its sort_list */
1893                 elv_rb_del(&bfqq->sort_list, req);
1894                 elv_rb_add(&bfqq->sort_list, req);
1895
1896                 /* Choose next request to be served for bfqq */
1897                 prev = bfqq->next_rq;
1898                 next_rq = bfq_choose_req(bfqd, bfqq->next_rq, req,
1899                                          bfqd->last_position);
1900                 bfqq->next_rq = next_rq;
1901                 /*
1902                  * If next_rq changes, update both the queue's budget to
1903                  * fit the new request and the queue's position in its
1904                  * rq_pos_tree.
1905                  */
1906                 if (prev != bfqq->next_rq) {
1907                         bfq_updated_next_req(bfqd, bfqq);
1908                         bfq_pos_tree_add_move(bfqd, bfqq);
1909                 }
1910         }
1911 }
1912
1913 /*
1914  * This function is called to notify the scheduler that the requests
1915  * rq and 'next' have been merged, with 'next' going away.  BFQ
1916  * exploits this hook to address the following issue: if 'next' has a
1917  * fifo_time lower that rq, then the fifo_time of rq must be set to
1918  * the value of 'next', to not forget the greater age of 'next'.
1919  *
1920  * NOTE: in this function we assume that rq is in a bfq_queue, basing
1921  * on that rq is picked from the hash table q->elevator->hash, which,
1922  * in its turn, is filled only with I/O requests present in
1923  * bfq_queues, while BFQ is in use for the request queue q. In fact,
1924  * the function that fills this hash table (elv_rqhash_add) is called
1925  * only by bfq_insert_request.
1926  */
1927 static void bfq_requests_merged(struct request_queue *q, struct request *rq,
1928                                 struct request *next)
1929 {
1930         struct bfq_queue *bfqq = bfq_init_rq(rq),
1931                 *next_bfqq = bfq_init_rq(next);
1932
1933         /*
1934          * If next and rq belong to the same bfq_queue and next is older
1935          * than rq, then reposition rq in the fifo (by substituting next
1936          * with rq). Otherwise, if next and rq belong to different
1937          * bfq_queues, never reposition rq: in fact, we would have to
1938          * reposition it with respect to next's position in its own fifo,
1939          * which would most certainly be too expensive with respect to
1940          * the benefits.
1941          */
1942         if (bfqq == next_bfqq &&
1943             !list_empty(&rq->queuelist) && !list_empty(&next->queuelist) &&
1944             next->fifo_time < rq->fifo_time) {
1945                 list_del_init(&rq->queuelist);
1946                 list_replace_init(&next->queuelist, &rq->queuelist);
1947                 rq->fifo_time = next->fifo_time;
1948         }
1949
1950         if (bfqq->next_rq == next)
1951                 bfqq->next_rq = rq;
1952
1953         bfqg_stats_update_io_merged(bfqq_group(bfqq), next->cmd_flags);
1954 }
1955
1956 /* Must be called with bfqq != NULL */
1957 static void bfq_bfqq_end_wr(struct bfq_queue *bfqq)
1958 {
1959         if (bfq_bfqq_busy(bfqq))
1960                 bfqq->bfqd->wr_busy_queues--;
1961         bfqq->wr_coeff = 1;
1962         bfqq->wr_cur_max_time = 0;
1963         bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
1964         /*
1965          * Trigger a weight change on the next invocation of
1966          * __bfq_entity_update_weight_prio.
1967          */
1968         bfqq->entity.prio_changed = 1;
1969 }
1970
1971 void bfq_end_wr_async_queues(struct bfq_data *bfqd,
1972                              struct bfq_group *bfqg)
1973 {
1974         int i, j;
1975
1976         for (i = 0; i < 2; i++)
1977                 for (j = 0; j < IOPRIO_BE_NR; j++)
1978                         if (bfqg->async_bfqq[i][j])
1979                                 bfq_bfqq_end_wr(bfqg->async_bfqq[i][j]);
1980         if (bfqg->async_idle_bfqq)
1981                 bfq_bfqq_end_wr(bfqg->async_idle_bfqq);
1982 }
1983
1984 static void bfq_end_wr(struct bfq_data *bfqd)
1985 {
1986         struct bfq_queue *bfqq;
1987
1988         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
1989
1990         list_for_each_entry(bfqq, &bfqd->active_list, bfqq_list)
1991                 bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
1992         list_for_each_entry(bfqq, &bfqd->idle_list, bfqq_list)
1993                 bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
1994         bfq_end_wr_async(bfqd);
1995
1996         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
1997 }
1998
1999 static sector_t bfq_io_struct_pos(void *io_struct, bool request)
2000 {
2001         if (request)
2002                 return blk_rq_pos(io_struct);
2003         else
2004                 return ((struct bio *)io_struct)->bi_iter.bi_sector;
2005 }
2006
2007 static int bfq_rq_close_to_sector(void *io_struct, bool request,
2008                                   sector_t sector)
2009 {
2010         return abs(bfq_io_struct_pos(io_struct, request) - sector) <=
2011                BFQQ_CLOSE_THR;
2012 }
2013
2014 static struct bfq_queue *bfqq_find_close(struct bfq_data *bfqd,
2015                                          struct bfq_queue *bfqq,
2016                                          sector_t sector)
2017 {
2018         struct rb_root *root = &bfq_bfqq_to_bfqg(bfqq)->rq_pos_tree;
2019         struct rb_node *parent, *node;
2020         struct bfq_queue *__bfqq;
2021
2022         if (RB_EMPTY_ROOT(root))
2023                 return NULL;
2024
2025         /*
2026          * First, if we find a request starting at the end of the last
2027          * request, choose it.
2028          */
2029         __bfqq = bfq_rq_pos_tree_lookup(bfqd, root, sector, &parent, NULL);
2030         if (__bfqq)
2031                 return __bfqq;
2032
2033         /*
2034          * If the exact sector wasn't found, the parent of the NULL leaf
2035          * will contain the closest sector (rq_pos_tree sorted by
2036          * next_request position).
2037          */
2038         __bfqq = rb_entry(parent, struct bfq_queue, pos_node);
2039         if (bfq_rq_close_to_sector(__bfqq->next_rq, true, sector))
2040                 return __bfqq;
2041
2042         if (blk_rq_pos(__bfqq->next_rq) < sector)
2043                 node = rb_next(&__bfqq->pos_node);
2044         else
2045                 node = rb_prev(&__bfqq->pos_node);
2046         if (!node)
2047                 return NULL;
2048
2049         __bfqq = rb_entry(node, struct bfq_queue, pos_node);
2050         if (bfq_rq_close_to_sector(__bfqq->next_rq, true, sector))
2051                 return __bfqq;
2052
2053         return NULL;
2054 }
2055
2056 static struct bfq_queue *bfq_find_close_cooperator(struct bfq_data *bfqd,
2057                                                    struct bfq_queue *cur_bfqq,
2058                                                    sector_t sector)
2059 {
2060         struct bfq_queue *bfqq;
2061
2062         /*
2063          * We shall notice if some of the queues are cooperating,
2064          * e.g., working closely on the same area of the device. In
2065          * that case, we can group them together and: 1) don't waste
2066          * time idling, and 2) serve the union of their requests in
2067          * the best possible order for throughput.
2068          */
2069         bfqq = bfqq_find_close(bfqd, cur_bfqq, sector);
2070         if (!bfqq || bfqq == cur_bfqq)
2071                 return NULL;
2072
2073         return bfqq;
2074 }
2075
2076 static struct bfq_queue *
2077 bfq_setup_merge(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_queue *new_bfqq)
2078 {
2079         int process_refs, new_process_refs;
2080         struct bfq_queue *__bfqq;
2081
2082         /*
2083          * If there are no process references on the new_bfqq, then it is
2084          * unsafe to follow the ->new_bfqq chain as other bfqq's in the chain
2085          * may have dropped their last reference (not just their last process
2086          * reference).
2087          */
2088         if (!bfqq_process_refs(new_bfqq))
2089                 return NULL;
2090
2091         /* Avoid a circular list and skip interim queue merges. */
2092         while ((__bfqq = new_bfqq->new_bfqq)) {
2093                 if (__bfqq == bfqq)
2094                         return NULL;
2095                 new_bfqq = __bfqq;
2096         }
2097
2098         process_refs = bfqq_process_refs(bfqq);
2099         new_process_refs = bfqq_process_refs(new_bfqq);
2100         /*
2101          * If the process for the bfqq has gone away, there is no
2102          * sense in merging the queues.
2103          */
2104         if (process_refs == 0 || new_process_refs == 0)
2105                 return NULL;
2106
2107         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "scheduling merge with queue %d",
2108                 new_bfqq->pid);
2109
2110         /*
2111          * Merging is just a redirection: the requests of the process
2112          * owning one of the two queues are redirected to the other queue.
2113          * The latter queue, in its turn, is set as shared if this is the
2114          * first time that the requests of some process are redirected to
2115          * it.
2116          *
2117          * We redirect bfqq to new_bfqq and not the opposite, because
2118          * we are in the context of the process owning bfqq, thus we
2119          * have the io_cq of this process. So we can immediately
2120          * configure this io_cq to redirect the requests of the
2121          * process to new_bfqq. In contrast, the io_cq of new_bfqq is
2122          * not available any more (new_bfqq->bic == NULL).
2123          *
2124          * Anyway, even in case new_bfqq coincides with the in-service
2125          * queue, redirecting requests the in-service queue is the
2126          * best option, as we feed the in-service queue with new
2127          * requests close to the last request served and, by doing so,
2128          * are likely to increase the throughput.
2129          */
2130         bfqq->new_bfqq = new_bfqq;
2131         new_bfqq->ref += process_refs;
2132         return new_bfqq;
2133 }
2134
2135 static bool bfq_may_be_close_cooperator(struct bfq_queue *bfqq,
2136                                         struct bfq_queue *new_bfqq)
2137 {
2138         if (bfq_too_late_for_merging(new_bfqq))
2139                 return false;
2140
2141         if (bfq_class_idle(bfqq) || bfq_class_idle(new_bfqq) ||
2142             (bfqq->ioprio_class != new_bfqq->ioprio_class))
2143                 return false;
2144
2145         /*
2146          * If either of the queues has already been detected as seeky,
2147          * then merging it with the other queue is unlikely to lead to
2148          * sequential I/O.
2149          */
2150         if (BFQQ_SEEKY(bfqq) || BFQQ_SEEKY(new_bfqq))
2151                 return false;
2152
2153         /*
2154          * Interleaved I/O is known to be done by (some) applications
2155          * only for reads, so it does not make sense to merge async
2156          * queues.
2157          */
2158         if (!bfq_bfqq_sync(bfqq) || !bfq_bfqq_sync(new_bfqq))
2159                 return false;
2160
2161         return true;
2162 }
2163
2164 /*
2165  * Attempt to schedule a merge of bfqq with the currently in-service
2166  * queue or with a close queue among the scheduled queues.  Return
2167  * NULL if no merge was scheduled, a pointer to the shared bfq_queue
2168  * structure otherwise.
2169  *
2170  * The OOM queue is not allowed to participate to cooperation: in fact, since
2171  * the requests temporarily redirected to the OOM queue could be redirected
2172  * again to dedicated queues at any time, the state needed to correctly
2173  * handle merging with the OOM queue would be quite complex and expensive
2174  * to maintain. Besides, in such a critical condition as an out of memory,
2175  * the benefits of queue merging may be little relevant, or even negligible.
2176  *
2177  * WARNING: queue merging may impair fairness among non-weight raised
2178  * queues, for at least two reasons: 1) the original weight of a
2179  * merged queue may change during the merged state, 2) even being the
2180  * weight the same, a merged queue may be bloated with many more
2181  * requests than the ones produced by its originally-associated
2182  * process.
2183  */
2184 static struct bfq_queue *
2185 bfq_setup_cooperator(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
2186                      void *io_struct, bool request)
2187 {
2188         struct bfq_queue *in_service_bfqq, *new_bfqq;
2189
2190         /*
2191          * Prevent bfqq from being merged if it has been created too
2192          * long ago. The idea is that true cooperating processes, and
2193          * thus their associated bfq_queues, are supposed to be
2194          * created shortly after each other. This is the case, e.g.,
2195          * for KVM/QEMU and dump I/O threads. Basing on this
2196          * assumption, the following filtering greatly reduces the
2197          * probability that two non-cooperating processes, which just
2198          * happen to do close I/O for some short time interval, have
2199          * their queues merged by mistake.
2200          */
2201         if (bfq_too_late_for_merging(bfqq))
2202                 return NULL;
2203
2204         if (bfqq->new_bfqq)
2205                 return bfqq->new_bfqq;
2206
2207         if (!io_struct || unlikely(bfqq == &bfqd->oom_bfqq))
2208                 return NULL;
2209
2210         /* If there is only one backlogged queue, don't search. */
2211         if (bfqd->busy_queues == 1)
2212                 return NULL;
2213
2214         in_service_bfqq = bfqd->in_service_queue;
2215
2216         if (in_service_bfqq && in_service_bfqq != bfqq &&
2217             likely(in_service_bfqq != &bfqd->oom_bfqq) &&
2218             bfq_rq_close_to_sector(io_struct, request, bfqd->last_position) &&
2219             bfqq->entity.parent == in_service_bfqq->entity.parent &&
2220             bfq_may_be_close_cooperator(bfqq, in_service_bfqq)) {
2221                 new_bfqq = bfq_setup_merge(bfqq, in_service_bfqq);
2222                 if (new_bfqq)
2223                         return new_bfqq;
2224         }
2225         /*
2226          * Check whether there is a cooperator among currently scheduled
2227          * queues. The only thing we need is that the bio/request is not
2228          * NULL, as we need it to establish whether a cooperator exists.
2229          */
2230         new_bfqq = bfq_find_close_cooperator(bfqd, bfqq,
2231                         bfq_io_struct_pos(io_struct, request));
2232
2233         if (new_bfqq && likely(new_bfqq != &bfqd->oom_bfqq) &&
2234             bfq_may_be_close_cooperator(bfqq, new_bfqq))
2235                 return bfq_setup_merge(bfqq, new_bfqq);
2236
2237         return NULL;
2238 }
2239
2240 static void bfq_bfqq_save_state(struct bfq_queue *bfqq)
2241 {
2242         struct bfq_io_cq *bic = bfqq->bic;
2243
2244         /*
2245          * If !bfqq->bic, the queue is already shared or its requests
2246          * have already been redirected to a shared queue; both idle window
2247          * and weight raising state have already been saved. Do nothing.
2248          */
2249         if (!bic)
2250                 return;
2251
2252         bic->saved_ttime = bfqq->ttime;
2253         bic->saved_has_short_ttime = bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
2254         bic->saved_IO_bound = bfq_bfqq_IO_bound(bfqq);
2255         bic->saved_in_large_burst = bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq);
2256         bic->was_in_burst_list = !hlist_unhashed(&bfqq->burst_list_node);
2257         if (unlikely(bfq_bfqq_just_created(bfqq) &&
2258                      !bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq) &&
2259                      bfqq->bfqd->low_latency)) {
2260                 /*
2261                  * bfqq being merged right after being created: bfqq
2262                  * would have deserved interactive weight raising, but
2263                  * did not make it to be set in a weight-raised state,
2264                  * because of this early merge. Store directly the
2265                  * weight-raising state that would have been assigned
2266                  * to bfqq, so that to avoid that bfqq unjustly fails
2267                  * to enjoy weight raising if split soon.
2268                  */
2269                 bic->saved_wr_coeff = bfqq->bfqd->bfq_wr_coeff;
2270                 bic->saved_wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqq->bfqd);
2271                 bic->saved_last_wr_start_finish = jiffies;
2272         } else {
2273                 bic->saved_wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
2274                 bic->saved_wr_start_at_switch_to_srt =
2275                         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt;
2276                 bic->saved_last_wr_start_finish = bfqq->last_wr_start_finish;
2277                 bic->saved_wr_cur_max_time = bfqq->wr_cur_max_time;
2278         }
2279 }
2280
2281 static void
2282 bfq_merge_bfqqs(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_io_cq *bic,
2283                 struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_queue *new_bfqq)
2284 {
2285         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "merging with queue %lu",
2286                 (unsigned long)new_bfqq->pid);
2287         /* Save weight raising and idle window of the merged queues */
2288         bfq_bfqq_save_state(bfqq);
2289         bfq_bfqq_save_state(new_bfqq);
2290         if (bfq_bfqq_IO_bound(bfqq))
2291                 bfq_mark_bfqq_IO_bound(new_bfqq);
2292         bfq_clear_bfqq_IO_bound(bfqq);
2293
2294         /*
2295          * If bfqq is weight-raised, then let new_bfqq inherit
2296          * weight-raising. To reduce false positives, neglect the case
2297          * where bfqq has just been created, but has not yet made it
2298          * to be weight-raised (which may happen because EQM may merge
2299          * bfqq even before bfq_add_request is executed for the first
2300          * time for bfqq). Handling this case would however be very
2301          * easy, thanks to the flag just_created.
2302          */
2303         if (new_bfqq->wr_coeff == 1 && bfqq->wr_coeff > 1) {
2304                 new_bfqq->wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
2305                 new_bfqq->wr_cur_max_time = bfqq->wr_cur_max_time;
2306                 new_bfqq->last_wr_start_finish = bfqq->last_wr_start_finish;
2307                 new_bfqq->wr_start_at_switch_to_srt =
2308                         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt;
2309                 if (bfq_bfqq_busy(new_bfqq))
2310                         bfqd->wr_busy_queues++;
2311                 new_bfqq->entity.prio_changed = 1;
2312         }
2313
2314         if (bfqq->wr_coeff > 1) { /* bfqq has given its wr to new_bfqq */
2315                 bfqq->wr_coeff = 1;
2316                 bfqq->entity.prio_changed = 1;
2317                 if (bfq_bfqq_busy(bfqq))
2318                         bfqd->wr_busy_queues--;
2319         }
2320
2321         bfq_log_bfqq(bfqd, new_bfqq, "merge_bfqqs: wr_busy %d",
2322                      bfqd->wr_busy_queues);
2323
2324         /*
2325          * Merge queues (that is, let bic redirect its requests to new_bfqq)
2326          */
2327         bic_set_bfqq(bic, new_bfqq, 1);
2328         bfq_mark_bfqq_coop(new_bfqq);
2329         /*
2330          * new_bfqq now belongs to at least two bics (it is a shared queue):
2331          * set new_bfqq->bic to NULL. bfqq either:
2332          * - does not belong to any bic any more, and hence bfqq->bic must
2333          *   be set to NULL, or
2334          * - is a queue whose owning bics have already been redirected to a
2335          *   different queue, hence the queue is destined to not belong to
2336          *   any bic soon and bfqq->bic is already NULL (therefore the next
2337          *   assignment causes no harm).
2338          */
2339         new_bfqq->bic = NULL;
2340         bfqq->bic = NULL;
2341         /* release process reference to bfqq */
2342         bfq_put_queue(bfqq);
2343 }
2344
2345 static bool bfq_allow_bio_merge(struct request_queue *q, struct request *rq,
2346                                 struct bio *bio)
2347 {
2348         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
2349         bool is_sync = op_is_sync(bio->bi_opf);
2350         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->bio_bfqq, *new_bfqq;
2351
2352         /*
2353          * Disallow merge of a sync bio into an async request.
2354          */
2355         if (is_sync && !rq_is_sync(rq))
2356                 return false;
2357
2358         /*
2359          * Lookup the bfqq that this bio will be queued with. Allow
2360          * merge only if rq is queued there.
2361          */
2362         if (!bfqq)
2363                 return false;
2364
2365         /*
2366          * We take advantage of this function to perform an early merge
2367          * of the queues of possible cooperating processes.
2368          */
2369         new_bfqq = bfq_setup_cooperator(bfqd, bfqq, bio, false);
2370         if (new_bfqq) {
2371                 /*
2372                  * bic still points to bfqq, then it has not yet been
2373                  * redirected to some other bfq_queue, and a queue
2374                  * merge beween bfqq and new_bfqq can be safely
2375                  * fulfillled, i.e., bic can be redirected to new_bfqq
2376                  * and bfqq can be put.
2377                  */
2378                 bfq_merge_bfqqs(bfqd, bfqd->bio_bic, bfqq,
2379                                 new_bfqq);
2380                 /*
2381                  * If we get here, bio will be queued into new_queue,
2382                  * so use new_bfqq to decide whether bio and rq can be
2383                  * merged.
2384                  */
2385                 bfqq = new_bfqq;
2386
2387                 /*
2388                  * Change also bqfd->bio_bfqq, as
2389                  * bfqd->bio_bic now points to new_bfqq, and
2390                  * this function may be invoked again (and then may
2391                  * use again bqfd->bio_bfqq).
2392                  */
2393                 bfqd->bio_bfqq = bfqq;
2394         }
2395
2396         return bfqq == RQ_BFQQ(rq);
2397 }
2398
2399 /*
2400  * Set the maximum time for the in-service queue to consume its
2401  * budget. This prevents seeky processes from lowering the throughput.
2402  * In practice, a time-slice service scheme is used with seeky
2403  * processes.
2404  */
2405 static void bfq_set_budget_timeout(struct bfq_data *bfqd,
2406                                    struct bfq_queue *bfqq)
2407 {
2408         unsigned int timeout_coeff;
2409
2410         if (bfqq->wr_cur_max_time == bfqd->bfq_wr_rt_max_time)
2411                 timeout_coeff = 1;
2412         else
2413                 timeout_coeff = bfqq->entity.weight / bfqq->entity.orig_weight;
2414
2415         bfqd->last_budget_start = ktime_get();
2416
2417         bfqq->budget_timeout = jiffies +
2418                 bfqd->bfq_timeout * timeout_coeff;
2419 }
2420
2421 static void __bfq_set_in_service_queue(struct bfq_data *bfqd,
2422                                        struct bfq_queue *bfqq)
2423 {
2424         if (bfqq) {
2425                 bfq_clear_bfqq_fifo_expire(bfqq);
2426
2427                 bfqd->budgets_assigned = (bfqd->budgets_assigned * 7 + 256) / 8;
2428
2429                 if (time_is_before_jiffies(bfqq->last_wr_start_finish) &&
2430                     bfqq->wr_coeff > 1 &&
2431                     bfqq->wr_cur_max_time == bfqd->bfq_wr_rt_max_time &&
2432                     time_is_before_jiffies(bfqq->budget_timeout)) {
2433                         /*
2434                          * For soft real-time queues, move the start
2435                          * of the weight-raising period forward by the
2436                          * time the queue has not received any
2437                          * service. Otherwise, a relatively long
2438                          * service delay is likely to cause the
2439                          * weight-raising period of the queue to end,
2440                          * because of the short duration of the
2441                          * weight-raising period of a soft real-time
2442                          * queue.  It is worth noting that this move
2443                          * is not so dangerous for the other queues,
2444                          * because soft real-time queues are not
2445                          * greedy.
2446                          *
2447                          * To not add a further variable, we use the
2448                          * overloaded field budget_timeout to
2449                          * determine for how long the queue has not
2450                          * received service, i.e., how much time has
2451                          * elapsed since the queue expired. However,
2452                          * this is a little imprecise, because
2453                          * budget_timeout is set to jiffies if bfqq
2454                          * not only expires, but also remains with no
2455                          * request.
2456                          */
2457                         if (time_after(bfqq->budget_timeout,
2458                                        bfqq->last_wr_start_finish))
2459                                 bfqq->last_wr_start_finish +=
2460                                         jiffies - bfqq->budget_timeout;
2461                         else
2462                                 bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
2463                 }
2464
2465                 bfq_set_budget_timeout(bfqd, bfqq);
2466                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq,
2467                              "set_in_service_queue, cur-budget = %d",
2468                              bfqq->entity.budget);
2469         }
2470
2471         bfqd->in_service_queue = bfqq;
2472 }
2473
2474 /*
2475  * Get and set a new queue for service.
2476  */
2477 static struct bfq_queue *bfq_set_in_service_queue(struct bfq_data *bfqd)
2478 {
2479         struct bfq_queue *bfqq = bfq_get_next_queue(bfqd);
2480
2481         __bfq_set_in_service_queue(bfqd, bfqq);
2482         return bfqq;
2483 }
2484
2485 static void bfq_arm_slice_timer(struct bfq_data *bfqd)
2486 {
2487         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->in_service_queue;
2488         u32 sl;
2489
2490         bfq_mark_bfqq_wait_request(bfqq);
2491
2492         /*
2493          * We don't want to idle for seeks, but we do want to allow
2494          * fair distribution of slice time for a process doing back-to-back
2495          * seeks. So allow a little bit of time for him to submit a new rq.
2496          */
2497         sl = bfqd->bfq_slice_idle;
2498         /*
2499          * Unless the queue is being weight-raised or the scenario is
2500          * asymmetric, grant only minimum idle time if the queue
2501          * is seeky. A long idling is preserved for a weight-raised
2502          * queue, or, more in general, in an asymmetric scenario,
2503          * because a long idling is needed for guaranteeing to a queue
2504          * its reserved share of the throughput (in particular, it is
2505          * needed if the queue has a higher weight than some other
2506          * queue).
2507          */
2508         if (BFQQ_SEEKY(bfqq) && bfqq->wr_coeff == 1 &&
2509             bfq_symmetric_scenario(bfqd))
2510                 sl = min_t(u64, sl, BFQ_MIN_TT);
2511
2512         bfqd->last_idling_start = ktime_get();
2513         hrtimer_start(&bfqd->idle_slice_timer, ns_to_ktime(sl),
2514                       HRTIMER_MODE_REL);
2515         bfqg_stats_set_start_idle_time(bfqq_group(bfqq));
2516 }
2517
2518 /*
2519  * In autotuning mode, max_budget is dynamically recomputed as the
2520  * amount of sectors transferred in timeout at the estimated peak
2521  * rate. This enables BFQ to utilize a full timeslice with a full
2522  * budget, even if the in-service queue is served at peak rate. And
2523  * this maximises throughput with sequential workloads.
2524  */
2525 static unsigned long bfq_calc_max_budget(struct bfq_data *bfqd)
2526 {
2527         return (u64)bfqd->peak_rate * USEC_PER_MSEC *
2528                 jiffies_to_msecs(bfqd->bfq_timeout)>>BFQ_RATE_SHIFT;
2529 }
2530
2531 /*
2532  * Update parameters related to throughput and responsiveness, as a
2533  * function of the estimated peak rate. See comments on
2534  * bfq_calc_max_budget(), and on the ref_wr_duration array.
2535  */
2536 static void update_thr_responsiveness_params(struct bfq_data *bfqd)
2537 {
2538         if (bfqd->bfq_user_max_budget == 0) {
2539                 bfqd->bfq_max_budget =
2540                         bfq_calc_max_budget(bfqd);
2541                 bfq_log(bfqd, "new max_budget = %d", bfqd->bfq_max_budget);
2542         }
2543 }
2544
2545 static void bfq_reset_rate_computation(struct bfq_data *bfqd,
2546                                        struct request *rq)
2547 {
2548         if (rq != NULL) { /* new rq dispatch now, reset accordingly */
2549                 bfqd->last_dispatch = bfqd->first_dispatch = ktime_get_ns();
2550                 bfqd->peak_rate_samples = 1;
2551                 bfqd->sequential_samples = 0;
2552                 bfqd->tot_sectors_dispatched = bfqd->last_rq_max_size =
2553                         blk_rq_sectors(rq);
2554         } else /* no new rq dispatched, just reset the number of samples */
2555                 bfqd->peak_rate_samples = 0; /* full re-init on next disp. */
2556
2557         bfq_log(bfqd,
2558                 "reset_rate_computation at end, sample %u/%u tot_sects %llu",
2559                 bfqd->peak_rate_samples, bfqd->sequential_samples,
2560                 bfqd->tot_sectors_dispatched);
2561 }
2562
2563 static void bfq_update_rate_reset(struct bfq_data *bfqd, struct request *rq)
2564 {
2565         u32 rate, weight, divisor;
2566
2567         /*
2568          * For the convergence property to hold (see comments on
2569          * bfq_update_peak_rate()) and for the assessment to be
2570          * reliable, a minimum number of samples must be present, and
2571          * a minimum amount of time must have elapsed. If not so, do
2572          * not compute new rate. Just reset parameters, to get ready
2573          * for a new evaluation attempt.
2574          */
2575         if (bfqd->peak_rate_samples < BFQ_RATE_MIN_SAMPLES ||
2576             bfqd->delta_from_first < BFQ_RATE_MIN_INTERVAL)
2577                 goto reset_computation;
2578
2579         /*
2580          * If a new request completion has occurred after last
2581          * dispatch, then, to approximate the rate at which requests
2582          * have been served by the device, it is more precise to
2583          * extend the observation interval to the last completion.
2584          */
2585         bfqd->delta_from_first =
2586                 max_t(u64, bfqd->delta_from_first,
2587                       bfqd->last_completion - bfqd->first_dispatch);
2588
2589         /*
2590          * Rate computed in sects/usec, and not sects/nsec, for
2591          * precision issues.
2592          */
2593         rate = div64_ul(bfqd->tot_sectors_dispatched<<BFQ_RATE_SHIFT,
2594                         div_u64(bfqd->delta_from_first, NSEC_PER_USEC));
2595
2596         /*
2597          * Peak rate not updated if:
2598          * - the percentage of sequential dispatches is below 3/4 of the
2599          *   total, and rate is below the current estimated peak rate
2600          * - rate is unreasonably high (> 20M sectors/sec)
2601          */
2602         if ((bfqd->sequential_samples < (3 * bfqd->peak_rate_samples)>>2 &&
2603              rate <= bfqd->peak_rate) ||
2604                 rate > 20<<BFQ_RATE_SHIFT)
2605                 goto reset_computation;
2606
2607         /*
2608          * We have to update the peak rate, at last! To this purpose,
2609          * we use a low-pass filter. We compute the smoothing constant
2610          * of the filter as a function of the 'weight' of the new
2611          * measured rate.
2612          *
2613          * As can be seen in next formulas, we define this weight as a
2614          * quantity proportional to how sequential the workload is,
2615          * and to how long the observation time interval is.
2616          *
2617          * The weight runs from 0 to 8. The maximum value of the
2618          * weight, 8, yields the minimum value for the smoothing
2619          * constant. At this minimum value for the smoothing constant,
2620          * the measured rate contributes for half of the next value of
2621          * the estimated peak rate.
2622          *
2623          * So, the first step is to compute the weight as a function
2624          * of how sequential the workload is. Note that the weight
2625          * cannot reach 9, because bfqd->sequential_samples cannot
2626          * become equal to bfqd->peak_rate_samples, which, in its
2627          * turn, holds true because bfqd->sequential_samples is not
2628          * incremented for the first sample.
2629          */
2630         weight = (9 * bfqd->sequential_samples) / bfqd->peak_rate_samples;
2631
2632         /*
2633          * Second step: further refine the weight as a function of the
2634          * duration of the observation interval.
2635          */
2636         weight = min_t(u32, 8,
2637                        div_u64(weight * bfqd->delta_from_first,
2638                                BFQ_RATE_REF_INTERVAL));
2639
2640         /*
2641          * Divisor ranging from 10, for minimum weight, to 2, for
2642          * maximum weight.
2643          */
2644         divisor = 10 - weight;
2645
2646         /*
2647          * Finally, update peak rate:
2648          *
2649          * peak_rate = peak_rate * (divisor-1) / divisor  +  rate / divisor
2650          */
2651         bfqd->peak_rate *= divisor-1;
2652         bfqd->peak_rate /= divisor;
2653         rate /= divisor; /* smoothing constant alpha = 1/divisor */
2654
2655         bfqd->peak_rate += rate;
2656
2657         /*
2658          * For a very slow device, bfqd->peak_rate can reach 0 (see
2659          * the minimum representable values reported in the comments
2660          * on BFQ_RATE_SHIFT). Push to 1 if this happens, to avoid
2661          * divisions by zero where bfqd->peak_rate is used as a
2662          * divisor.
2663          */
2664         bfqd->peak_rate = max_t(u32, 1, bfqd->peak_rate);
2665
2666         update_thr_responsiveness_params(bfqd);
2667
2668 reset_computation:
2669         bfq_reset_rate_computation(bfqd, rq);
2670 }
2671
2672 /*
2673  * Update the read/write peak rate (the main quantity used for
2674  * auto-tuning, see update_thr_responsiveness_params()).
2675  *
2676  * It is not trivial to estimate the peak rate (correctly): because of
2677  * the presence of sw and hw queues between the scheduler and the
2678  * device components that finally serve I/O requests, it is hard to
2679  * say exactly when a given dispatched request is served inside the
2680  * device, and for how long. As a consequence, it is hard to know
2681  * precisely at what rate a given set of requests is actually served
2682  * by the device.
2683  *
2684  * On the opposite end, the dispatch time of any request is trivially
2685  * available, and, from this piece of information, the "dispatch rate"
2686  * of requests can be immediately computed. So, the idea in the next
2687  * function is to use what is known, namely request dispatch times
2688  * (plus, when useful, request completion times), to estimate what is
2689  * unknown, namely in-device request service rate.
2690  *
2691  * The main issue is that, because of the above facts, the rate at
2692  * which a certain set of requests is dispatched over a certain time
2693  * interval can vary greatly with respect to the rate at which the
2694  * same requests are then served. But, since the size of any
2695  * intermediate queue is limited, and the service scheme is lossless
2696  * (no request is silently dropped), the following obvious convergence
2697  * property holds: the number of requests dispatched MUST become
2698  * closer and closer to the number of requests completed as the
2699  * observation interval grows. This is the key property used in
2700  * the next function to estimate the peak service rate as a function
2701  * of the observed dispatch rate. The function assumes to be invoked
2702  * on every request dispatch.
2703  */
2704 static void bfq_update_peak_rate(struct bfq_data *bfqd, struct request *rq)
2705 {
2706         u64 now_ns = ktime_get_ns();
2707
2708         if (bfqd->peak_rate_samples == 0) { /* first dispatch */
2709                 bfq_log(bfqd, "update_peak_rate: goto reset, samples %d",
2710                         bfqd->peak_rate_samples);
2711                 bfq_reset_rate_computation(bfqd, rq);
2712                 goto update_last_values; /* will add one sample */
2713         }
2714
2715         /*
2716          * Device idle for very long: the observation interval lasting
2717          * up to this dispatch cannot be a valid observation interval
2718          * for computing a new peak rate (similarly to the late-
2719          * completion event in bfq_completed_request()). Go to
2720          * update_rate_and_reset to have the following three steps
2721          * taken:
2722          * - close the observation interval at the last (previous)
2723          *   request dispatch or completion
2724          * - compute rate, if possible, for that observation interval
2725          * - start a new observation interval with this dispatch
2726          */
2727         if (now_ns - bfqd->last_dispatch > 100*NSEC_PER_MSEC &&
2728             bfqd->rq_in_driver == 0)
2729                 goto update_rate_and_reset;
2730
2731         /* Update sampling information */
2732         bfqd->peak_rate_samples++;
2733
2734         if ((bfqd->rq_in_driver > 0 ||
2735                 now_ns - bfqd->last_completion < BFQ_MIN_TT)
2736              && get_sdist(bfqd->last_position, rq) < BFQQ_SEEK_THR)
2737                 bfqd->sequential_samples++;
2738
2739         bfqd->tot_sectors_dispatched += blk_rq_sectors(rq);
2740
2741         /* Reset max observed rq size every 32 dispatches */
2742         if (likely(bfqd->peak_rate_samples % 32))
2743                 bfqd->last_rq_max_size =
2744                         max_t(u32, blk_rq_sectors(rq), bfqd->last_rq_max_size);
2745         else
2746                 bfqd->last_rq_max_size = blk_rq_sectors(rq);
2747
2748         bfqd->delta_from_first = now_ns - bfqd->first_dispatch;
2749
2750         /* Target observation interval not yet reached, go on sampling */
2751         if (bfqd->delta_from_first < BFQ_RATE_REF_INTERVAL)
2752                 goto update_last_values;
2753
2754 update_rate_and_reset:
2755         bfq_update_rate_reset(bfqd, rq);
2756 update_last_values:
2757         bfqd->last_position = blk_rq_pos(rq) + blk_rq_sectors(rq);
2758         bfqd->last_dispatch = now_ns;
2759 }
2760
2761 /*
2762  * Remove request from internal lists.
2763  */
2764 static void bfq_dispatch_remove(struct request_queue *q, struct request *rq)
2765 {
2766         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
2767
2768         /*
2769          * For consistency, the next instruction should have been
2770          * executed after removing the request from the queue and
2771          * dispatching it.  We execute instead this instruction before
2772          * bfq_remove_request() (and hence introduce a temporary
2773          * inconsistency), for efficiency.  In fact, should this
2774          * dispatch occur for a non in-service bfqq, this anticipated
2775          * increment prevents two counters related to bfqq->dispatched
2776          * from risking to be, first, uselessly decremented, and then
2777          * incremented again when the (new) value of bfqq->dispatched
2778          * happens to be taken into account.
2779          */
2780         bfqq->dispatched++;
2781         bfq_update_peak_rate(q->elevator->elevator_data, rq);
2782
2783         bfq_remove_request(q, rq);
2784 }
2785
2786 static void __bfq_bfqq_expire(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
2787 {
2788         /*
2789          * If this bfqq is shared between multiple processes, check
2790          * to make sure that those processes are still issuing I/Os
2791          * within the mean seek distance. If not, it may be time to
2792          * break the queues apart again.
2793          */
2794         if (bfq_bfqq_coop(bfqq) && BFQQ_SEEKY(bfqq))
2795                 bfq_mark_bfqq_split_coop(bfqq);
2796
2797         if (RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list)) {
2798                 if (bfqq->dispatched == 0)
2799                         /*
2800                          * Overloading budget_timeout field to store
2801                          * the time at which the queue remains with no
2802                          * backlog and no outstanding request; used by
2803                          * the weight-raising mechanism.
2804                          */
2805                         bfqq->budget_timeout = jiffies;
2806
2807                 bfq_del_bfqq_busy(bfqd, bfqq, true);
2808         } else {
2809                 bfq_requeue_bfqq(bfqd, bfqq, true);
2810                 /*
2811                  * Resort priority tree of potential close cooperators.
2812                  */
2813                 bfq_pos_tree_add_move(bfqd, bfqq);
2814         }
2815
2816         /*
2817          * All in-service entities must have been properly deactivated
2818          * or requeued before executing the next function, which
2819          * resets all in-service entites as no more in service.
2820          */
2821         __bfq_bfqd_reset_in_service(bfqd);
2822 }
2823
2824 /**
2825  * __bfq_bfqq_recalc_budget - try to adapt the budget to the @bfqq behavior.
2826  * @bfqd: device data.
2827  * @bfqq: queue to update.
2828  * @reason: reason for expiration.
2829  *
2830  * Handle the feedback on @bfqq budget at queue expiration.
2831  * See the body for detailed comments.
2832  */
2833 static void __bfq_bfqq_recalc_budget(struct bfq_data *bfqd,
2834                                      struct bfq_queue *bfqq,
2835                                      enum bfqq_expiration reason)
2836 {
2837         struct request *next_rq;
2838         int budget, min_budget;
2839
2840         min_budget = bfq_min_budget(bfqd);
2841
2842         if (bfqq->wr_coeff == 1)
2843                 budget = bfqq->max_budget;
2844         else /*
2845               * Use a constant, low budget for weight-raised queues,
2846               * to help achieve a low latency. Keep it slightly higher
2847               * than the minimum possible budget, to cause a little
2848               * bit fewer expirations.
2849               */
2850                 budget = 2 * min_budget;
2851
2852         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "recalc_budg: last budg %d, budg left %d",
2853                 bfqq->entity.budget, bfq_bfqq_budget_left(bfqq));
2854         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "recalc_budg: last max_budg %d, min budg %d",
2855                 budget, bfq_min_budget(bfqd));
2856         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "recalc_budg: sync %d, seeky %d",
2857                 bfq_bfqq_sync(bfqq), BFQQ_SEEKY(bfqd->in_service_queue));
2858
2859         if (bfq_bfqq_sync(bfqq) && bfqq->wr_coeff == 1) {
2860                 switch (reason) {
2861                 /*
2862                  * Caveat: in all the following cases we trade latency
2863                  * for throughput.
2864                  */
2865                 case BFQQE_TOO_IDLE:
2866                         /*
2867                          * This is the only case where we may reduce
2868                          * the budget: if there is no request of the
2869                          * process still waiting for completion, then
2870                          * we assume (tentatively) that the timer has
2871                          * expired because the batch of requests of
2872                          * the process could have been served with a
2873                          * smaller budget.  Hence, betting that
2874                          * process will behave in the same way when it
2875                          * becomes backlogged again, we reduce its
2876                          * next budget.  As long as we guess right,
2877                          * this budget cut reduces the latency
2878                          * experienced by the process.
2879                          *
2880                          * However, if there are still outstanding
2881                          * requests, then the process may have not yet
2882                          * issued its next request just because it is
2883                          * still waiting for the completion of some of
2884                          * the still outstanding ones.  So in this
2885                          * subcase we do not reduce its budget, on the
2886                          * contrary we increase it to possibly boost
2887                          * the throughput, as discussed in the
2888                          * comments to the BUDGET_TIMEOUT case.
2889                          */
2890                         if (bfqq->dispatched > 0) /* still outstanding reqs */
2891                                 budget = min(budget * 2, bfqd->bfq_max_budget);
2892                         else {
2893                                 if (budget > 5 * min_budget)
2894                                         budget -= 4 * min_budget;
2895                                 else
2896                                         budget = min_budget;
2897                         }
2898                         break;
2899                 case BFQQE_BUDGET_TIMEOUT:
2900                         /*
2901                          * We double the budget here because it gives
2902                          * the chance to boost the throughput if this
2903                          * is not a seeky process (and has bumped into
2904                          * this timeout because of, e.g., ZBR).
2905                          */
2906                         budget = min(budget * 2, bfqd->bfq_max_budget);
2907                         break;
2908                 case BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED:
2909                         /*
2910                          * The process still has backlog, and did not
2911                          * let either the budget timeout or the disk
2912                          * idling timeout expire. Hence it is not
2913                          * seeky, has a short thinktime and may be
2914                          * happy with a higher budget too. So
2915                          * definitely increase the budget of this good
2916                          * candidate to boost the disk throughput.
2917                          */
2918                         budget = min(budget * 4, bfqd->bfq_max_budget);
2919                         break;
2920                 case BFQQE_NO_MORE_REQUESTS:
2921                         /*
2922                          * For queues that expire for this reason, it
2923                          * is particularly important to keep the
2924                          * budget close to the actual service they
2925                          * need. Doing so reduces the timestamp
2926                          * misalignment problem described in the
2927                          * comments in the body of
2928                          * __bfq_activate_entity. In fact, suppose
2929                          * that a queue systematically expires for
2930                          * BFQQE_NO_MORE_REQUESTS and presents a
2931                          * new request in time to enjoy timestamp
2932                          * back-shifting. The larger the budget of the
2933                          * queue is with respect to the service the
2934                          * queue actually requests in each service
2935                          * slot, the more times the queue can be
2936                          * reactivated with the same virtual finish
2937                          * time. It follows that, even if this finish
2938                          * time is pushed to the system virtual time
2939                          * to reduce the consequent timestamp
2940                          * misalignment, the queue unjustly enjoys for
2941                          * many re-activations a lower finish time
2942                          * than all newly activated queues.
2943                          *
2944                          * The service needed by bfqq is measured
2945                          * quite precisely by bfqq->entity.service.
2946                          * Since bfqq does not enjoy device idling,
2947                          * bfqq->entity.service is equal to the number
2948                          * of sectors that the process associated with
2949                          * bfqq requested to read/write before waiting
2950                          * for request completions, or blocking for
2951                          * other reasons.
2952                          */
2953                         budget = max_t(int, bfqq->entity.service, min_budget);
2954                         break;
2955                 default:
2956                         return;
2957                 }
2958         } else if (!bfq_bfqq_sync(bfqq)) {
2959                 /*
2960                  * Async queues get always the maximum possible
2961                  * budget, as for them we do not care about latency
2962                  * (in addition, their ability to dispatch is limited
2963                  * by the charging factor).
2964                  */
2965                 budget = bfqd->bfq_max_budget;
2966         }
2967
2968         bfqq->max_budget = budget;
2969
2970         if (bfqd->budgets_assigned >= bfq_stats_min_budgets &&
2971             !bfqd->bfq_user_max_budget)
2972                 bfqq->max_budget = min(bfqq->max_budget, bfqd->bfq_max_budget);
2973
2974         /*
2975          * If there is still backlog, then assign a new budget, making
2976          * sure that it is large enough for the next request.  Since
2977          * the finish time of bfqq must be kept in sync with the
2978          * budget, be sure to call __bfq_bfqq_expire() *after* this
2979          * update.
2980          *
2981          * If there is no backlog, then no need to update the budget;
2982          * it will be updated on the arrival of a new request.
2983          */
2984         next_rq = bfqq->next_rq;
2985         if (next_rq)
2986                 bfqq->entity.budget = max_t(unsigned long, bfqq->max_budget,
2987                                             bfq_serv_to_charge(next_rq, bfqq));
2988
2989         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "head sect: %u, new budget %d",
2990                         next_rq ? blk_rq_sectors(next_rq) : 0,
2991                         bfqq->entity.budget);
2992 }
2993
2994 /*
2995  * Return true if the process associated with bfqq is "slow". The slow
2996  * flag is used, in addition to the budget timeout, to reduce the
2997  * amount of service provided to seeky processes, and thus reduce
2998  * their chances to lower the throughput. More details in the comments
2999  * on the function bfq_bfqq_expire().
3000  *
3001  * An important observation is in order: as discussed in the comments
3002  * on the function bfq_update_peak_rate(), with devices with internal
3003  * queues, it is hard if ever possible to know when and for how long
3004  * an I/O request is processed by the device (apart from the trivial
3005  * I/O pattern where a new request is dispatched only after the
3006  * previous one has been completed). This makes it hard to evaluate
3007  * the real rate at which the I/O requests of each bfq_queue are
3008  * served.  In fact, for an I/O scheduler like BFQ, serving a
3009  * bfq_queue means just dispatching its requests during its service
3010  * slot (i.e., until the budget of the queue is exhausted, or the
3011  * queue remains idle, or, finally, a timeout fires). But, during the
3012  * service slot of a bfq_queue, around 100 ms at most, the device may
3013  * be even still processing requests of bfq_queues served in previous
3014  * service slots. On the opposite end, the requests of the in-service
3015  * bfq_queue may be completed after the service slot of the queue
3016  * finishes.
3017  *
3018  * Anyway, unless more sophisticated solutions are used
3019  * (where possible), the sum of the sizes of the requests dispatched
3020  * during the service slot of a bfq_queue is probably the only
3021  * approximation available for the service received by the bfq_queue
3022  * during its service slot. And this sum is the quantity used in this
3023  * function to evaluate the I/O speed of a process.
3024  */
3025 static bool bfq_bfqq_is_slow(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
3026                                  bool compensate, enum bfqq_expiration reason,
3027                                  unsigned long *delta_ms)
3028 {
3029         ktime_t delta_ktime;
3030         u32 delta_usecs;
3031         bool slow = BFQQ_SEEKY(bfqq); /* if delta too short, use seekyness */
3032
3033         if (!bfq_bfqq_sync(bfqq))
3034                 return false;
3035
3036         if (compensate)
3037                 delta_ktime = bfqd->last_idling_start;
3038         else
3039                 delta_ktime = ktime_get();
3040         delta_ktime = ktime_sub(delta_ktime, bfqd->last_budget_start);
3041         delta_usecs = ktime_to_us(delta_ktime);
3042
3043         /* don't use too short time intervals */
3044         if (delta_usecs < 1000) {
3045                 if (blk_queue_nonrot(bfqd->queue))
3046                          /*
3047                           * give same worst-case guarantees as idling
3048                           * for seeky
3049                           */
3050                         *delta_ms = BFQ_MIN_TT / NSEC_PER_MSEC;
3051                 else /* charge at least one seek */
3052                         *delta_ms = bfq_slice_idle / NSEC_PER_MSEC;
3053
3054                 return slow;
3055         }
3056
3057         *delta_ms = delta_usecs / USEC_PER_MSEC;
3058
3059         /*
3060          * Use only long (> 20ms) intervals to filter out excessive
3061          * spikes in service rate estimation.
3062          */
3063         if (delta_usecs > 20000) {
3064                 /*
3065                  * Caveat for rotational devices: processes doing I/O
3066                  * in the slower disk zones tend to be slow(er) even
3067                  * if not seeky. In this respect, the estimated peak
3068                  * rate is likely to be an average over the disk
3069                  * surface. Accordingly, to not be too harsh with
3070                  * unlucky processes, a process is deemed slow only if
3071                  * its rate has been lower than half of the estimated
3072                  * peak rate.
3073                  */
3074                 slow = bfqq->entity.service < bfqd->bfq_max_budget / 2;
3075         }
3076
3077         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "bfq_bfqq_is_slow: slow %d", slow);
3078
3079         return slow;
3080 }
3081
3082 /*
3083  * To be deemed as soft real-time, an application must meet two
3084  * requirements. First, the application must not require an average
3085  * bandwidth higher than the approximate bandwidth required to playback or
3086  * record a compressed high-definition video.
3087  * The next function is invoked on the completion of the last request of a
3088  * batch, to compute the next-start time instant, soft_rt_next_start, such
3089  * that, if the next request of the application does not arrive before
3090  * soft_rt_next_start, then the above requirement on the bandwidth is met.
3091  *
3092  * The second requirement is that the request pattern of the application is
3093  * isochronous, i.e., that, after issuing a request or a batch of requests,
3094  * the application stops issuing new requests until all its pending requests
3095  * have been completed. After that, the application may issue a new batch,
3096  * and so on.
3097  * For this reason the next function is invoked to compute
3098  * soft_rt_next_start only for applications that meet this requirement,
3099  * whereas soft_rt_next_start is set to infinity for applications that do
3100  * not.
3101  *
3102  * Unfortunately, even a greedy (i.e., I/O-bound) application may
3103  * happen to meet, occasionally or systematically, both the above
3104  * bandwidth and isochrony requirements. This may happen at least in
3105  * the following circumstances. First, if the CPU load is high. The
3106  * application may stop issuing requests while the CPUs are busy
3107  * serving other processes, then restart, then stop again for a while,
3108  * and so on. The other circumstances are related to the storage
3109  * device: the storage device is highly loaded or reaches a low-enough
3110  * throughput with the I/O of the application (e.g., because the I/O
3111  * is random and/or the device is slow). In all these cases, the
3112  * I/O of the application may be simply slowed down enough to meet
3113  * the bandwidth and isochrony requirements. To reduce the probability
3114  * that greedy applications are deemed as soft real-time in these
3115  * corner cases, a further rule is used in the computation of
3116  * soft_rt_next_start: the return value of this function is forced to
3117  * be higher than the maximum between the following two quantities.
3118  *
3119  * (a) Current time plus: (1) the maximum time for which the arrival
3120  *     of a request is waited for when a sync queue becomes idle,
3121  *     namely bfqd->bfq_slice_idle, and (2) a few extra jiffies. We
3122  *     postpone for a moment the reason for adding a few extra
3123  *     jiffies; we get back to it after next item (b).  Lower-bounding
3124  *     the return value of this function with the current time plus
3125  *     bfqd->bfq_slice_idle tends to filter out greedy applications,
3126  *     because the latter issue their next request as soon as possible
3127  *     after the last one has been completed. In contrast, a soft
3128  *     real-time application spends some time processing data, after a
3129  *     batch of its requests has been completed.
3130  *
3131  * (b) Current value of bfqq->soft_rt_next_start. As pointed out
3132  *     above, greedy applications may happen to meet both the
3133  *     bandwidth and isochrony requirements under heavy CPU or
3134  *     storage-device load. In more detail, in these scenarios, these
3135  *     applications happen, only for limited time periods, to do I/O
3136  *     slowly enough to meet all the requirements described so far,
3137  *     including the filtering in above item (a). These slow-speed
3138  *     time intervals are usually interspersed between other time
3139  *     intervals during which these applications do I/O at a very high
3140  *     speed. Fortunately, exactly because of the high speed of the
3141  *     I/O in the high-speed intervals, the values returned by this
3142  *     function happen to be so high, near the end of any such
3143  *     high-speed interval, to be likely to fall *after* the end of
3144  *     the low-speed time interval that follows. These high values are
3145  *     stored in bfqq->soft_rt_next_start after each invocation of
3146  *     this function. As a consequence, if the last value of
3147  *     bfqq->soft_rt_next_start is constantly used to lower-bound the
3148  *     next value that this function may return, then, from the very
3149  *     beginning of a low-speed interval, bfqq->soft_rt_next_start is
3150  *     likely to be constantly kept so high that any I/O request
3151  *     issued during the low-speed interval is considered as arriving
3152  *     to soon for the application to be deemed as soft
3153  *     real-time. Then, in the high-speed interval that follows, the
3154  *     application will not be deemed as soft real-time, just because
3155  *     it will do I/O at a high speed. And so on.
3156  *
3157  * Getting back to the filtering in item (a), in the following two
3158  * cases this filtering might be easily passed by a greedy
3159  * application, if the reference quantity was just
3160  * bfqd->bfq_slice_idle:
3161  * 1) HZ is so low that the duration of a jiffy is comparable to or
3162  *    higher than bfqd->bfq_slice_idle. This happens, e.g., on slow
3163  *    devices with HZ=100. The time granularity may be so coarse
3164  *    that the approximation, in jiffies, of bfqd->bfq_slice_idle
3165  *    is rather lower than the exact value.
3166  * 2) jiffies, instead of increasing at a constant rate, may stop increasing
3167  *    for a while, then suddenly 'jump' by several units to recover the lost
3168  *    increments. This seems to happen, e.g., inside virtual machines.
3169  * To address this issue, in the filtering in (a) we do not use as a
3170  * reference time interval just bfqd->bfq_slice_idle, but
3171  * bfqd->bfq_slice_idle plus a few jiffies. In particular, we add the
3172  * minimum number of jiffies for which the filter seems to be quite
3173  * precise also in embedded systems and KVM/QEMU virtual machines.
3174  */
3175 static unsigned long bfq_bfqq_softrt_next_start(struct bfq_data *bfqd,
3176                                                 struct bfq_queue *bfqq)
3177 {
3178         return max3(bfqq->soft_rt_next_start,
3179                     bfqq->last_idle_bklogged +
3180                     HZ * bfqq->service_from_backlogged /
3181                     bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate,
3182                     jiffies + nsecs_to_jiffies(bfqq->bfqd->bfq_slice_idle) + 4);
3183 }
3184
3185 static bool bfq_bfqq_injectable(struct bfq_queue *bfqq)
3186 {
3187         return BFQQ_SEEKY(bfqq) && bfqq->wr_coeff == 1 &&
3188                 blk_queue_nonrot(bfqq->bfqd->queue) &&
3189                 bfqq->bfqd->hw_tag;
3190 }
3191
3192 /**
3193  * bfq_bfqq_expire - expire a queue.
3194  * @bfqd: device owning the queue.
3195  * @bfqq: the queue to expire.
3196  * @compensate: if true, compensate for the time spent idling.
3197  * @reason: the reason causing the expiration.
3198  *
3199  * If the process associated with bfqq does slow I/O (e.g., because it
3200  * issues random requests), we charge bfqq with the time it has been
3201  * in service instead of the service it has received (see
3202  * bfq_bfqq_charge_time for details on how this goal is achieved). As
3203  * a consequence, bfqq will typically get higher timestamps upon
3204  * reactivation, and hence it will be rescheduled as if it had
3205  * received more service than what it has actually received. In the
3206  * end, bfqq receives less service in proportion to how slowly its
3207  * associated process consumes its budgets (and hence how seriously it
3208  * tends to lower the throughput). In addition, this time-charging
3209  * strategy guarantees time fairness among slow processes. In
3210  * contrast, if the process associated with bfqq is not slow, we
3211  * charge bfqq exactly with the service it has received.
3212  *
3213  * Charging time to the first type of queues and the exact service to
3214  * the other has the effect of using the WF2Q+ policy to schedule the
3215  * former on a timeslice basis, without violating service domain
3216  * guarantees among the latter.
3217  */
3218 void bfq_bfqq_expire(struct bfq_data *bfqd,
3219                      struct bfq_queue *bfqq,
3220                      bool compensate,
3221                      enum bfqq_expiration reason)
3222 {
3223         bool slow;
3224         unsigned long delta = 0;
3225         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
3226         int ref;
3227
3228         /*
3229          * Check whether the process is slow (see bfq_bfqq_is_slow).
3230          */
3231         slow = bfq_bfqq_is_slow(bfqd, bfqq, compensate, reason, &delta);
3232
3233         /*
3234          * As above explained, charge slow (typically seeky) and
3235          * timed-out queues with the time and not the service
3236          * received, to favor sequential workloads.
3237          *
3238          * Processes doing I/O in the slower disk zones will tend to
3239          * be slow(er) even if not seeky. Therefore, since the
3240          * estimated peak rate is actually an average over the disk
3241          * surface, these processes may timeout just for bad luck. To
3242          * avoid punishing them, do not charge time to processes that
3243          * succeeded in consuming at least 2/3 of their budget. This
3244          * allows BFQ to preserve enough elasticity to still perform
3245          * bandwidth, and not time, distribution with little unlucky
3246          * or quasi-sequential processes.
3247          */
3248         if (bfqq->wr_coeff == 1 &&
3249             (slow ||
3250              (reason == BFQQE_BUDGET_TIMEOUT &&
3251               bfq_bfqq_budget_left(bfqq) >=  entity->budget / 3)))
3252                 bfq_bfqq_charge_time(bfqd, bfqq, delta);
3253
3254         if (reason == BFQQE_TOO_IDLE &&
3255             entity->service <= 2 * entity->budget / 10)
3256                 bfq_clear_bfqq_IO_bound(bfqq);
3257
3258         if (bfqd->low_latency && bfqq->wr_coeff == 1)
3259                 bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
3260
3261         if (bfqd->low_latency && bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate > 0 &&
3262             RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list)) {
3263                 /*
3264                  * If we get here, and there are no outstanding
3265                  * requests, then the request pattern is isochronous
3266                  * (see the comments on the function
3267                  * bfq_bfqq_softrt_next_start()). Thus we can compute
3268                  * soft_rt_next_start. If, instead, the queue still
3269                  * has outstanding requests, then we have to wait for
3270                  * the completion of all the outstanding requests to
3271                  * discover whether the request pattern is actually
3272                  * isochronous.
3273                  */
3274                 if (bfqq->dispatched == 0)
3275                         bfqq->soft_rt_next_start =
3276                                 bfq_bfqq_softrt_next_start(bfqd, bfqq);
3277                 else {
3278                         /*
3279                          * Schedule an update of soft_rt_next_start to when
3280                          * the task may be discovered to be isochronous.
3281                          */
3282                         bfq_mark_bfqq_softrt_update(bfqq);
3283                 }
3284         }
3285
3286         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq,
3287                 "expire (%d, slow %d, num_disp %d, short_ttime %d)", reason,
3288                 slow, bfqq->dispatched, bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq));
3289
3290         /*
3291          * Increase, decrease or leave budget unchanged according to
3292          * reason.
3293          */
3294         __bfq_bfqq_recalc_budget(bfqd, bfqq, reason);
3295         ref = bfqq->ref;
3296         __bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq);
3297
3298         if (ref == 1) /* bfqq is gone, no more actions on it */
3299                 return;
3300
3301         bfqq->injected_service = 0;
3302
3303         /* mark bfqq as waiting a request only if a bic still points to it */
3304         if (!bfq_bfqq_busy(bfqq) &&
3305             reason != BFQQE_BUDGET_TIMEOUT &&
3306             reason != BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED) {
3307                 bfq_mark_bfqq_non_blocking_wait_rq(bfqq);
3308                 /*
3309                  * Not setting service to 0, because, if the next rq
3310                  * arrives in time, the queue will go on receiving
3311                  * service with this same budget (as if it never expired)
3312                  */
3313         } else
3314                 entity->service = 0;
3315
3316         /*
3317          * Reset the received-service counter for every parent entity.
3318          * Differently from what happens with bfqq->entity.service,
3319          * the resetting of this counter never needs to be postponed
3320          * for parent entities. In fact, in case bfqq may have a
3321          * chance to go on being served using the last, partially
3322          * consumed budget, bfqq->entity.service needs to be kept,
3323          * because if bfqq then actually goes on being served using
3324          * the same budget, the last value of bfqq->entity.service is
3325          * needed to properly decrement bfqq->entity.budget by the
3326          * portion already consumed. In contrast, it is not necessary
3327          * to keep entity->service for parent entities too, because
3328          * the bubble up of the new value of bfqq->entity.budget will
3329          * make sure that the budgets of parent entities are correct,
3330          * even in case bfqq and thus parent entities go on receiving
3331          * service with the same budget.
3332          */
3333         entity = entity->parent;
3334         for_each_entity(entity)
3335                 entity->service = 0;
3336 }
3337
3338 /*
3339  * Budget timeout is not implemented through a dedicated timer, but
3340  * just checked on request arrivals and completions, as well as on
3341  * idle timer expirations.
3342  */
3343 static bool bfq_bfqq_budget_timeout(struct bfq_queue *bfqq)
3344 {
3345         return time_is_before_eq_jiffies(bfqq->budget_timeout);
3346 }
3347
3348 /*
3349  * If we expire a queue that is actively waiting (i.e., with the
3350  * device idled) for the arrival of a new request, then we may incur
3351  * the timestamp misalignment problem described in the body of the
3352  * function __bfq_activate_entity. Hence we return true only if this
3353  * condition does not hold, or if the queue is slow enough to deserve
3354  * only to be kicked off for preserving a high throughput.
3355  */
3356 static bool bfq_may_expire_for_budg_timeout(struct bfq_queue *bfqq)
3357 {
3358         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq,
3359                 "may_budget_timeout: wait_request %d left %d timeout %d",
3360                 bfq_bfqq_wait_request(bfqq),
3361                         bfq_bfqq_budget_left(bfqq) >=  bfqq->entity.budget / 3,
3362                 bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq));
3363
3364         return (!bfq_bfqq_wait_request(bfqq) ||
3365                 bfq_bfqq_budget_left(bfqq) >=  bfqq->entity.budget / 3)
3366                 &&
3367                 bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq);
3368 }
3369
3370 /*
3371  * For a queue that becomes empty, device idling is allowed only if
3372  * this function returns true for the queue. As a consequence, since
3373  * device idling plays a critical role in both throughput boosting and
3374  * service guarantees, the return value of this function plays a
3375  * critical role in both these aspects as well.
3376  *
3377  * In a nutshell, this function returns true only if idling is
3378  * beneficial for throughput or, even if detrimental for throughput,
3379  * idling is however necessary to preserve service guarantees (low
3380  * latency, desired throughput distribution, ...). In particular, on
3381  * NCQ-capable devices, this function tries to return false, so as to
3382  * help keep the drives' internal queues full, whenever this helps the
3383  * device boost the throughput without causing any service-guarantee
3384  * issue.
3385  *
3386  * In more detail, the return value of this function is obtained by,
3387  * first, computing a number of boolean variables that take into
3388  * account throughput and service-guarantee issues, and, then,
3389  * combining these variables in a logical expression. Most of the
3390  * issues taken into account are not trivial. We discuss these issues
3391  * individually while introducing the variables.
3392  */
3393 static bool bfq_better_to_idle(struct bfq_queue *bfqq)
3394 {
3395         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
3396         bool rot_without_queueing =
3397                 !blk_queue_nonrot(bfqd->queue) && !bfqd->hw_tag,
3398                 bfqq_sequential_and_IO_bound,
3399                 idling_boosts_thr, idling_boosts_thr_without_issues,
3400                 idling_needed_for_service_guarantees,
3401                 asymmetric_scenario;
3402
3403         if (bfqd->strict_guarantees)
3404                 return true;
3405
3406         /*
3407          * Idling is performed only if slice_idle > 0. In addition, we
3408          * do not idle if
3409          * (a) bfqq is async
3410          * (b) bfqq is in the idle io prio class: in this case we do
3411          * not idle because we want to minimize the bandwidth that
3412          * queues in this class can steal to higher-priority queues
3413          */
3414         if (bfqd->bfq_slice_idle == 0 || !bfq_bfqq_sync(bfqq) ||
3415             bfq_class_idle(bfqq))
3416                 return false;
3417
3418         bfqq_sequential_and_IO_bound = !BFQQ_SEEKY(bfqq) &&
3419                 bfq_bfqq_IO_bound(bfqq) && bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
3420
3421         /*
3422          * The next variable takes into account the cases where idling
3423          * boosts the throughput.
3424          *
3425          * The value of the variable is computed considering, first, that
3426          * idling is virtually always beneficial for the throughput if:
3427          * (a) the device is not NCQ-capable and rotational, or
3428          * (b) regardless of the presence of NCQ, the device is rotational and
3429          *     the request pattern for bfqq is I/O-bound and sequential, or
3430          * (c) regardless of whether it is rotational, the device is
3431          *     not NCQ-capable and the request pattern for bfqq is
3432          *     I/O-bound and sequential.
3433          *
3434          * Secondly, and in contrast to the above item (b), idling an
3435          * NCQ-capable flash-based device would not boost the
3436          * throughput even with sequential I/O; rather it would lower
3437          * the throughput in proportion to how fast the device
3438          * is. Accordingly, the next variable is true if any of the
3439          * above conditions (a), (b) or (c) is true, and, in
3440          * particular, happens to be false if bfqd is an NCQ-capable
3441          * flash-based device.
3442          */
3443         idling_boosts_thr = rot_without_queueing ||
3444                 ((!blk_queue_nonrot(bfqd->queue) || !bfqd->hw_tag) &&
3445                  bfqq_sequential_and_IO_bound);
3446
3447         /*
3448          * The value of the next variable,
3449          * idling_boosts_thr_without_issues, is equal to that of
3450          * idling_boosts_thr, unless a special case holds. In this
3451          * special case, described below, idling may cause problems to
3452          * weight-raised queues.
3453          *
3454          * When the request pool is saturated (e.g., in the presence
3455          * of write hogs), if the processes associated with
3456          * non-weight-raised queues ask for requests at a lower rate,
3457          * then processes associated with weight-raised queues have a
3458          * higher probability to get a request from the pool
3459          * immediately (or at least soon) when they need one. Thus
3460          * they have a higher probability to actually get a fraction
3461          * of the device throughput proportional to their high
3462          * weight. This is especially true with NCQ-capable drives,
3463          * which enqueue several requests in advance, and further
3464          * reorder internally-queued requests.
3465          *
3466          * For this reason, we force to false the value of
3467          * idling_boosts_thr_without_issues if there are weight-raised
3468          * busy queues. In this case, and if bfqq is not weight-raised,
3469          * this guarantees that the device is not idled for bfqq (if,
3470          * instead, bfqq is weight-raised, then idling will be
3471          * guaranteed by another variable, see below). Combined with
3472          * the timestamping rules of BFQ (see [1] for details), this
3473          * behavior causes bfqq, and hence any sync non-weight-raised
3474          * queue, to get a lower number of requests served, and thus
3475          * to ask for a lower number of requests from the request
3476          * pool, before the busy weight-raised queues get served
3477          * again. This often mitigates starvation problems in the
3478          * presence of heavy write workloads and NCQ, thereby
3479          * guaranteeing a higher application and system responsiveness
3480          * in these hostile scenarios.
3481          */
3482         idling_boosts_thr_without_issues = idling_boosts_thr &&
3483                 bfqd->wr_busy_queues == 0;
3484
3485         /*
3486          * There is then a case where idling must be performed not
3487          * for throughput concerns, but to preserve service
3488          * guarantees.
3489          *
3490          * To introduce this case, we can note that allowing the drive
3491          * to enqueue more than one request at a time, and hence
3492          * delegating de facto final scheduling decisions to the
3493          * drive's internal scheduler, entails loss of control on the
3494          * actual request service order. In particular, the critical
3495          * situation is when requests from different processes happen
3496          * to be present, at the same time, in the internal queue(s)
3497          * of the drive. In such a situation, the drive, by deciding
3498          * the service order of the internally-queued requests, does
3499          * determine also the actual throughput distribution among
3500          * these processes. But the drive typically has no notion or
3501          * concern about per-process throughput distribution, and
3502          * makes its decisions only on a per-request basis. Therefore,
3503          * the service distribution enforced by the drive's internal
3504          * scheduler is likely to coincide with the desired
3505          * device-throughput distribution only in a completely
3506          * symmetric scenario where:
3507          * (i)  each of these processes must get the same throughput as
3508          *      the others;
3509          * (ii) all these processes have the same I/O pattern
3510                 (either sequential or random).
3511          * In fact, in such a scenario, the drive will tend to treat
3512          * the requests of each of these processes in about the same
3513          * way as the requests of the others, and thus to provide
3514          * each of these processes with about the same throughput
3515          * (which is exactly the desired throughput distribution). In
3516          * contrast, in any asymmetric scenario, device idling is
3517          * certainly needed to guarantee that bfqq receives its
3518          * assigned fraction of the device throughput (see [1] for
3519          * details).
3520          *
3521          * We address this issue by controlling, actually, only the
3522          * symmetry sub-condition (i), i.e., provided that
3523          * sub-condition (i) holds, idling is not performed,
3524          * regardless of whether sub-condition (ii) holds. In other
3525          * words, only if sub-condition (i) holds, then idling is
3526          * allowed, and the device tends to be prevented from queueing
3527          * many requests, possibly of several processes. The reason
3528          * for not controlling also sub-condition (ii) is that we
3529          * exploit preemption to preserve guarantees in case of
3530          * symmetric scenarios, even if (ii) does not hold, as
3531          * explained in the next two paragraphs.
3532          *
3533          * Even if a queue, say Q, is expired when it remains idle, Q
3534          * can still preempt the new in-service queue if the next
3535          * request of Q arrives soon (see the comments on
3536          * bfq_bfqq_update_budg_for_activation). If all queues and
3537          * groups have the same weight, this form of preemption,
3538          * combined with the hole-recovery heuristic described in the
3539          * comments on function bfq_bfqq_update_budg_for_activation,
3540          * are enough to preserve a correct bandwidth distribution in
3541          * the mid term, even without idling. In fact, even if not
3542          * idling allows the internal queues of the device to contain
3543          * many requests, and thus to reorder requests, we can rather
3544          * safely assume that the internal scheduler still preserves a
3545          * minimum of mid-term fairness. The motivation for using
3546          * preemption instead of idling is that, by not idling,
3547          * service guarantees are preserved without minimally
3548          * sacrificing throughput. In other words, both a high
3549          * throughput and its desired distribution are obtained.
3550          *
3551          * More precisely, this preemption-based, idleless approach
3552          * provides fairness in terms of IOPS, and not sectors per
3553          * second. This can be seen with a simple example. Suppose
3554          * that there are two queues with the same weight, but that
3555          * the first queue receives requests of 8 sectors, while the
3556          * second queue receives requests of 1024 sectors. In
3557          * addition, suppose that each of the two queues contains at
3558          * most one request at a time, which implies that each queue
3559          * always remains idle after it is served. Finally, after
3560          * remaining idle, each queue receives very quickly a new
3561          * request. It follows that the two queues are served
3562          * alternatively, preempting each other if needed. This
3563          * implies that, although both queues have the same weight,
3564          * the queue with large requests receives a service that is
3565          * 1024/8 times as high as the service received by the other
3566          * queue.
3567          *
3568          * On the other hand, device idling is performed, and thus
3569          * pure sector-domain guarantees are provided, for the
3570          * following queues, which are likely to need stronger
3571          * throughput guarantees: weight-raised queues, and queues
3572          * with a higher weight than other queues. When such queues
3573          * are active, sub-condition (i) is false, which triggers
3574          * device idling.
3575          *
3576          * According to the above considerations, the next variable is
3577          * true (only) if sub-condition (i) holds. To compute the
3578          * value of this variable, we not only use the return value of
3579          * the function bfq_symmetric_scenario(), but also check
3580          * whether bfqq is being weight-raised, because
3581          * bfq_symmetric_scenario() does not take into account also
3582          * weight-raised queues (see comments on
3583          * bfq_weights_tree_add()). In particular, if bfqq is being
3584          * weight-raised, it is important to idle only if there are
3585          * other, non-weight-raised queues that may steal throughput
3586          * to bfqq. Actually, we should be even more precise, and
3587          * differentiate between interactive weight raising and
3588          * soft real-time weight raising.
3589          *
3590          * As a side note, it is worth considering that the above
3591          * device-idling countermeasures may however fail in the
3592          * following unlucky scenario: if idling is (correctly)
3593          * disabled in a time period during which all symmetry
3594          * sub-conditions hold, and hence the device is allowed to
3595          * enqueue many requests, but at some later point in time some
3596          * sub-condition stops to hold, then it may become impossible
3597          * to let requests be served in the desired order until all
3598          * the requests already queued in the device have been served.
3599          */
3600         asymmetric_scenario = (bfqq->wr_coeff > 1 &&
3601                                bfqd->wr_busy_queues < bfqd->busy_queues) ||
3602                 !bfq_symmetric_scenario(bfqd);
3603
3604         /*
3605          * Finally, there is a case where maximizing throughput is the
3606          * best choice even if it may cause unfairness toward
3607          * bfqq. Such a case is when bfqq became active in a burst of
3608          * queue activations. Queues that became active during a large
3609          * burst benefit only from throughput, as discussed in the
3610          * comments on bfq_handle_burst. Thus, if bfqq became active
3611          * in a burst and not idling the device maximizes throughput,
3612          * then the device must no be idled, because not idling the
3613          * device provides bfqq and all other queues in the burst with
3614          * maximum benefit. Combining this and the above case, we can
3615          * now establish when idling is actually needed to preserve
3616          * service guarantees.
3617          */
3618         idling_needed_for_service_guarantees =
3619                 asymmetric_scenario && !bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq);
3620
3621         /*
3622          * We have now all the components we need to compute the
3623          * return value of the function, which is true only if idling
3624          * either boosts the throughput (without issues), or is
3625          * necessary to preserve service guarantees.
3626          */
3627         return idling_boosts_thr_without_issues ||
3628                 idling_needed_for_service_guarantees;
3629 }
3630
3631 /*
3632  * If the in-service queue is empty but the function bfq_better_to_idle
3633  * returns true, then:
3634  * 1) the queue must remain in service and cannot be expired, and
3635  * 2) the device must be idled to wait for the possible arrival of a new
3636  *    request for the queue.
3637  * See the comments on the function bfq_better_to_idle for the reasons
3638  * why performing device idling is the best choice to boost the throughput
3639  * and preserve service guarantees when bfq_better_to_idle itself
3640  * returns true.
3641  */
3642 static bool bfq_bfqq_must_idle(struct bfq_queue *bfqq)
3643 {
3644         return RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) && bfq_better_to_idle(bfqq);
3645 }
3646
3647 static struct bfq_queue *bfq_choose_bfqq_for_injection(struct bfq_data *bfqd)
3648 {
3649         struct bfq_queue *bfqq;
3650
3651         /*
3652          * A linear search; but, with a high probability, very few
3653          * steps are needed to find a candidate queue, i.e., a queue
3654          * with enough budget left for its next request. In fact:
3655          * - BFQ dynamically updates the budget of every queue so as
3656          *   to accommodate the expected backlog of the queue;
3657          * - if a queue gets all its requests dispatched as injected
3658          *   service, then the queue is removed from the active list
3659          *   (and re-added only if it gets new requests, but with
3660          *   enough budget for its new backlog).
3661          */
3662         list_for_each_entry(bfqq, &bfqd->active_list, bfqq_list)
3663                 if (!RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) &&
3664                     bfq_serv_to_charge(bfqq->next_rq, bfqq) <=
3665                     bfq_bfqq_budget_left(bfqq))
3666                         return bfqq;
3667
3668         return NULL;
3669 }
3670
3671 /*
3672  * Select a queue for service.  If we have a current queue in service,
3673  * check whether to continue servicing it, or retrieve and set a new one.
3674  */
3675 static struct bfq_queue *bfq_select_queue(struct bfq_data *bfqd)
3676 {
3677         struct bfq_queue *bfqq;
3678         struct request *next_rq;
3679         enum bfqq_expiration reason = BFQQE_BUDGET_TIMEOUT;
3680
3681         bfqq = bfqd->in_service_queue;
3682         if (!bfqq)
3683                 goto new_queue;
3684
3685         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "select_queue: already in-service queue");
3686
3687         /*
3688          * Do not expire bfqq for budget timeout if bfqq may be about
3689          * to enjoy device idling. The reason why, in this case, we
3690          * prevent bfqq from expiring is the same as in the comments
3691          * on the case where bfq_bfqq_must_idle() returns true, in
3692          * bfq_completed_request().
3693          */
3694         if (bfq_may_expire_for_budg_timeout(bfqq) &&
3695             !bfq_bfqq_must_idle(bfqq))
3696                 goto expire;
3697
3698 check_queue:
3699         /*
3700          * This loop is rarely executed more than once. Even when it
3701          * happens, it is much more convenient to re-execute this loop
3702          * than to return NULL and trigger a new dispatch to get a
3703          * request served.
3704          */
3705         next_rq = bfqq->next_rq;
3706         /*
3707          * If bfqq has requests queued and it has enough budget left to
3708          * serve them, keep the queue, otherwise expire it.
3709          */
3710         if (next_rq) {
3711                 if (bfq_serv_to_charge(next_rq, bfqq) >
3712                         bfq_bfqq_budget_left(bfqq)) {
3713                         /*
3714                          * Expire the queue for budget exhaustion,
3715                          * which makes sure that the next budget is
3716                          * enough to serve the next request, even if
3717                          * it comes from the fifo expired path.
3718                          */
3719                         reason = BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED;
3720                         goto expire;
3721                 } else {
3722                         /*
3723                          * The idle timer may be pending because we may
3724                          * not disable disk idling even when a new request
3725                          * arrives.
3726                          */
3727                         if (bfq_bfqq_wait_request(bfqq)) {
3728                                 /*
3729                                  * If we get here: 1) at least a new request
3730                                  * has arrived but we have not disabled the
3731                                  * timer because the request was too small,
3732                                  * 2) then the block layer has unplugged
3733                                  * the device, causing the dispatch to be
3734                                  * invoked.
3735                                  *
3736                                  * Since the device is unplugged, now the
3737                                  * requests are probably large enough to
3738                                  * provide a reasonable throughput.
3739                                  * So we disable idling.
3740                                  */
3741                                 bfq_clear_bfqq_wait_request(bfqq);
3742                                 hrtimer_try_to_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
3743                         }
3744                         goto keep_queue;
3745                 }
3746         }
3747
3748         /*
3749          * No requests pending. However, if the in-service queue is idling
3750          * for a new request, or has requests waiting for a completion and
3751          * may idle after their completion, then keep it anyway.
3752          *
3753          * Yet, to boost throughput, inject service from other queues if
3754          * possible.
3755          */
3756         if (bfq_bfqq_wait_request(bfqq) ||
3757             (bfqq->dispatched != 0 && bfq_better_to_idle(bfqq))) {
3758                 if (bfq_bfqq_injectable(bfqq) &&
3759                     bfqq->injected_service * bfqq->inject_coeff <
3760                     bfqq->entity.service * 10)
3761                         bfqq = bfq_choose_bfqq_for_injection(bfqd);
3762                 else
3763                         bfqq = NULL;
3764
3765                 goto keep_queue;
3766         }
3767
3768         reason = BFQQE_NO_MORE_REQUESTS;
3769 expire:
3770         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false, reason);
3771 new_queue:
3772         bfqq = bfq_set_in_service_queue(bfqd);
3773         if (bfqq) {
3774                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "select_queue: checking new queue");
3775                 goto check_queue;
3776         }
3777 keep_queue:
3778         if (bfqq)
3779                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "select_queue: returned this queue");
3780         else
3781                 bfq_log(bfqd, "select_queue: no queue returned");
3782
3783         return bfqq;
3784 }
3785
3786 static void bfq_update_wr_data(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
3787 {
3788         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
3789
3790         if (bfqq->wr_coeff > 1) { /* queue is being weight-raised */
3791                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq,
3792                         "raising period dur %u/%u msec, old coeff %u, w %d(%d)",
3793                         jiffies_to_msecs(jiffies - bfqq->last_wr_start_finish),
3794                         jiffies_to_msecs(bfqq->wr_cur_max_time),
3795                         bfqq->wr_coeff,
3796                         bfqq->entity.weight, bfqq->entity.orig_weight);
3797
3798                 if (entity->prio_changed)
3799                         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "WARN: pending prio change");
3800
3801                 /*
3802                  * If the queue was activated in a burst, or too much
3803                  * time has elapsed from the beginning of this
3804                  * weight-raising period, then end weight raising.
3805                  */
3806                 if (bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq))
3807                         bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
3808                 else if (time_is_before_jiffies(bfqq->last_wr_start_finish +
3809                                                 bfqq->wr_cur_max_time)) {
3810                         if (bfqq->wr_cur_max_time != bfqd->bfq_wr_rt_max_time ||
3811                         time_is_before_jiffies(bfqq->wr_start_at_switch_to_srt +
3812                                                bfq_wr_duration(bfqd)))
3813                                 bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
3814                         else {
3815                                 switch_back_to_interactive_wr(bfqq, bfqd);
3816                                 bfqq->entity.prio_changed = 1;
3817                         }
3818                 }
3819                 if (bfqq->wr_coeff > 1 &&
3820                     bfqq->wr_cur_max_time != bfqd->bfq_wr_rt_max_time &&
3821                     bfqq->service_from_wr > max_service_from_wr) {
3822                         /* see comments on max_service_from_wr */
3823                         bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
3824                 }
3825         }
3826         /*
3827          * To improve latency (for this or other queues), immediately
3828          * update weight both if it must be raised and if it must be
3829          * lowered. Since, entity may be on some active tree here, and
3830          * might have a pending change of its ioprio class, invoke
3831          * next function with the last parameter unset (see the
3832          * comments on the function).
3833          */
3834         if ((entity->weight > entity->orig_weight) != (bfqq->wr_coeff > 1))
3835                 __bfq_entity_update_weight_prio(bfq_entity_service_tree(entity),
3836                                                 entity, false);
3837 }
3838
3839 /*
3840  * Dispatch next request from bfqq.
3841  */
3842 static struct request *bfq_dispatch_rq_from_bfqq(struct bfq_data *bfqd,
3843                                                  struct bfq_queue *bfqq)
3844 {
3845         struct request *rq = bfqq->next_rq;
3846         unsigned long service_to_charge;
3847
3848         service_to_charge = bfq_serv_to_charge(rq, bfqq);
3849
3850         bfq_bfqq_served(bfqq, service_to_charge);
3851
3852         bfq_dispatch_remove(bfqd->queue, rq);
3853
3854         if (bfqq != bfqd->in_service_queue) {
3855                 if (likely(bfqd->in_service_queue))
3856                         bfqd->in_service_queue->injected_service +=
3857                                 bfq_serv_to_charge(rq, bfqq);
3858
3859                 goto return_rq;
3860         }
3861
3862         /*
3863          * If weight raising has to terminate for bfqq, then next
3864          * function causes an immediate update of bfqq's weight,
3865          * without waiting for next activation. As a consequence, on
3866          * expiration, bfqq will be timestamped as if has never been
3867          * weight-raised during this service slot, even if it has
3868          * received part or even most of the service as a
3869          * weight-raised queue. This inflates bfqq's timestamps, which
3870          * is beneficial, as bfqq is then more willing to leave the
3871          * device immediately to possible other weight-raised queues.
3872          */
3873         bfq_update_wr_data(bfqd, bfqq);
3874
3875         /*
3876          * Expire bfqq, pretending that its budget expired, if bfqq
3877          * belongs to CLASS_IDLE and other queues are waiting for
3878          * service.
3879          */
3880         if (!(bfqd->busy_queues > 1 && bfq_class_idle(bfqq)))
3881                 goto return_rq;
3882
3883         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false, BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED);
3884
3885 return_rq:
3886         return rq;
3887 }
3888
3889 static bool bfq_has_work(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
3890 {
3891         struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
3892
3893         /*
3894          * Avoiding lock: a race on bfqd->busy_queues should cause at
3895          * most a call to dispatch for nothing
3896          */
3897         return !list_empty_careful(&bfqd->dispatch) ||
3898                 bfqd->busy_queues > 0;
3899 }
3900
3901 static struct request *__bfq_dispatch_request(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
3902 {
3903         struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
3904         struct request *rq = NULL;
3905         struct bfq_queue *bfqq = NULL;
3906
3907         if (!list_empty(&bfqd->dispatch)) {
3908                 rq = list_first_entry(&bfqd->dispatch, struct request,
3909                                       queuelist);
3910                 list_del_init(&rq->queuelist);
3911
3912                 bfqq = RQ_BFQQ(rq);
3913
3914                 if (bfqq) {
3915                         /*
3916                          * Increment counters here, because this
3917                          * dispatch does not follow the standard
3918                          * dispatch flow (where counters are
3919                          * incremented)
3920                          */
3921                         bfqq->dispatched++;
3922
3923                         goto inc_in_driver_start_rq;
3924                 }
3925
3926                 /*
3927                  * We exploit the bfq_finish_requeue_request hook to
3928                  * decrement rq_in_driver, but
3929                  * bfq_finish_requeue_request will not be invoked on
3930                  * this request. So, to avoid unbalance, just start
3931                  * this request, without incrementing rq_in_driver. As
3932                  * a negative consequence, rq_in_driver is deceptively
3933                  * lower than it should be while this request is in
3934                  * service. This may cause bfq_schedule_dispatch to be
3935                  * invoked uselessly.
3936                  *
3937                  * As for implementing an exact solution, the
3938                  * bfq_finish_requeue_request hook, if defined, is
3939                  * probably invoked also on this request. So, by
3940                  * exploiting this hook, we could 1) increment
3941                  * rq_in_driver here, and 2) decrement it in
3942                  * bfq_finish_requeue_request. Such a solution would
3943                  * let the value of the counter be always accurate,
3944                  * but it would entail using an extra interface
3945                  * function. This cost seems higher than the benefit,
3946                  * being the frequency of non-elevator-private
3947                  * requests very low.
3948                  */
3949                 goto start_rq;
3950         }
3951
3952         bfq_log(bfqd, "dispatch requests: %d busy queues", bfqd->busy_queues);
3953
3954         if (bfqd->busy_queues == 0)
3955                 goto exit;
3956
3957         /*
3958          * Force device to serve one request at a time if
3959          * strict_guarantees is true. Forcing this service scheme is
3960          * currently the ONLY way to guarantee that the request
3961          * service order enforced by the scheduler is respected by a
3962          * queueing device. Otherwise the device is free even to make
3963          * some unlucky request wait for as long as the device
3964          * wishes.
3965          *
3966          * Of course, serving one request at at time may cause loss of
3967          * throughput.
3968          */
3969         if (bfqd->strict_guarantees && bfqd->rq_in_driver > 0)
3970                 goto exit;
3971
3972         bfqq = bfq_select_queue(bfqd);
3973         if (!bfqq)
3974                 goto exit;
3975
3976         rq = bfq_dispatch_rq_from_bfqq(bfqd, bfqq);
3977
3978         if (rq) {
3979 inc_in_driver_start_rq:
3980                 bfqd->rq_in_driver++;
3981 start_rq:
3982                 rq->rq_flags |= RQF_STARTED;
3983         }
3984 exit:
3985         return rq;
3986 }
3987
3988 #if defined(CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED) && defined(CONFIG_DEBUG_BLK_CGROUP)
3989 static void bfq_update_dispatch_stats(struct request_queue *q,
3990                                       struct request *rq,
3991                                       struct bfq_queue *in_serv_queue,
3992                                       bool idle_timer_disabled)
3993 {
3994         struct bfq_queue *bfqq = rq ? RQ_BFQQ(rq) : NULL;
3995
3996         if (!idle_timer_disabled && !bfqq)
3997                 return;
3998
3999         /*
4000          * rq and bfqq are guaranteed to exist until this function
4001          * ends, for the following reasons. First, rq can be
4002          * dispatched to the device, and then can be completed and
4003          * freed, only after this function ends. Second, rq cannot be
4004          * merged (and thus freed because of a merge) any longer,
4005          * because it has already started. Thus rq cannot be freed
4006          * before this function ends, and, since rq has a reference to
4007          * bfqq, the same guarantee holds for bfqq too.
4008          *
4009          * In addition, the following queue lock guarantees that
4010          * bfqq_group(bfqq) exists as well.
4011          */
4012         spin_lock_irq(q->queue_lock);
4013         if (idle_timer_disabled)
4014                 /*
4015                  * Since the idle timer has been disabled,
4016                  * in_serv_queue contained some request when
4017                  * __bfq_dispatch_request was invoked above, which
4018                  * implies that rq was picked exactly from
4019                  * in_serv_queue. Thus in_serv_queue == bfqq, and is
4020                  * therefore guaranteed to exist because of the above
4021                  * arguments.
4022                  */
4023                 bfqg_stats_update_idle_time(bfqq_group(in_serv_queue));
4024         if (bfqq) {
4025                 struct bfq_group *bfqg = bfqq_group(bfqq);
4026
4027                 bfqg_stats_update_avg_queue_size(bfqg);
4028                 bfqg_stats_set_start_empty_time(bfqg);
4029                 bfqg_stats_update_io_remove(bfqg, rq->cmd_flags);
4030         }
4031         spin_unlock_irq(q->queue_lock);
4032 }
4033 #else
4034 static inline void bfq_update_dispatch_stats(struct request_queue *q,
4035                                              struct request *rq,
4036                                              struct bfq_queue *in_serv_queue,
4037                                              bool idle_timer_disabled) {}
4038 #endif
4039
4040 static struct request *bfq_dispatch_request(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
4041 {
4042         struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
4043         struct request *rq;
4044         struct bfq_queue *in_serv_queue;
4045         bool waiting_rq, idle_timer_disabled;
4046
4047         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
4048
4049         in_serv_queue = bfqd->in_service_queue;
4050         waiting_rq = in_serv_queue && bfq_bfqq_wait_request(in_serv_queue);
4051
4052         rq = __bfq_dispatch_request(hctx);
4053
4054         idle_timer_disabled =
4055                 waiting_rq && !bfq_bfqq_wait_request(in_serv_queue);
4056
4057         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
4058
4059         bfq_update_dispatch_stats(hctx->queue, rq, in_serv_queue,
4060                                   idle_timer_disabled);
4061
4062         return rq;
4063 }
4064
4065 /*
4066  * Task holds one reference to the queue, dropped when task exits.  Each rq
4067  * in-flight on this queue also holds a reference, dropped when rq is freed.
4068  *
4069  * Scheduler lock must be held here. Recall not to use bfqq after calling
4070  * this function on it.
4071  */
4072 void bfq_put_queue(struct bfq_queue *bfqq)
4073 {
4074 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
4075         struct bfq_group *bfqg = bfqq_group(bfqq);
4076 #endif
4077
4078         if (bfqq->bfqd)
4079                 bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "put_queue: %p %d",
4080                              bfqq, bfqq->ref);
4081
4082         bfqq->ref--;
4083         if (bfqq->ref)
4084                 return;
4085
4086         if (!hlist_unhashed(&bfqq->burst_list_node)) {
4087                 hlist_del_init(&bfqq->burst_list_node);
4088                 /*
4089                  * Decrement also burst size after the removal, if the
4090                  * process associated with bfqq is exiting, and thus
4091                  * does not contribute to the burst any longer. This
4092                  * decrement helps filter out false positives of large
4093                  * bursts, when some short-lived process (often due to
4094                  * the execution of commands by some service) happens
4095                  * to start and exit while a complex application is
4096                  * starting, and thus spawning several processes that
4097                  * do I/O (and that *must not* be treated as a large
4098                  * burst, see comments on bfq_handle_burst).
4099                  *
4100                  * In particular, the decrement is performed only if:
4101                  * 1) bfqq is not a merged queue, because, if it is,
4102                  * then this free of bfqq is not triggered by the exit
4103                  * of the process bfqq is associated with, but exactly
4104                  * by the fact that bfqq has just been merged.
4105                  * 2) burst_size is greater than 0, to handle
4106                  * unbalanced decrements. Unbalanced decrements may
4107                  * happen in te following case: bfqq is inserted into
4108                  * the current burst list--without incrementing
4109                  * bust_size--because of a split, but the current
4110                  * burst list is not the burst list bfqq belonged to
4111                  * (see comments on the case of a split in
4112                  * bfq_set_request).
4113                  */
4114                 if (bfqq->bic && bfqq->bfqd->burst_size > 0)
4115                         bfqq->bfqd->burst_size--;
4116         }
4117
4118         kmem_cache_free(bfq_pool, bfqq);
4119 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
4120         bfqg_and_blkg_put(bfqg);
4121 #endif
4122 }
4123
4124 static void bfq_put_cooperator(struct bfq_queue *bfqq)
4125 {
4126         struct bfq_queue *__bfqq, *next;
4127
4128         /*
4129          * If this queue was scheduled to merge with another queue, be
4130          * sure to drop the reference taken on that queue (and others in
4131          * the merge chain). See bfq_setup_merge and bfq_merge_bfqqs.
4132          */
4133         __bfqq = bfqq->new_bfqq;
4134         while (__bfqq) {
4135                 if (__bfqq == bfqq)
4136                         break;
4137                 next = __bfqq->new_bfqq;
4138                 bfq_put_queue(__bfqq);
4139                 __bfqq = next;
4140         }
4141 }
4142
4143 static void bfq_exit_bfqq(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
4144 {
4145         if (bfqq == bfqd->in_service_queue) {
4146                 __bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq);
4147                 bfq_schedule_dispatch(bfqd);
4148         }
4149
4150         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "exit_bfqq: %p, %d", bfqq, bfqq->ref);
4151
4152         bfq_put_cooperator(bfqq);
4153
4154         bfq_put_queue(bfqq); /* release process reference */
4155 }
4156
4157 static void bfq_exit_icq_bfqq(struct bfq_io_cq *bic, bool is_sync)
4158 {
4159         struct bfq_queue *bfqq = bic_to_bfqq(bic, is_sync);
4160         struct bfq_data *bfqd;
4161
4162         if (bfqq)
4163                 bfqd = bfqq->bfqd; /* NULL if scheduler already exited */
4164
4165         if (bfqq && bfqd) {
4166                 unsigned long flags;
4167
4168                 spin_lock_irqsave(&bfqd->lock, flags);
4169                 bfq_exit_bfqq(bfqd, bfqq);
4170                 bic_set_bfqq(bic, NULL, is_sync);
4171                 spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
4172         }
4173 }
4174
4175 static void bfq_exit_icq(struct io_cq *icq)
4176 {
4177         struct bfq_io_cq *bic = icq_to_bic(icq);
4178
4179         bfq_exit_icq_bfqq(bic, true);
4180         bfq_exit_icq_bfqq(bic, false);
4181 }
4182
4183 /*
4184  * Update the entity prio values; note that the new values will not
4185  * be used until the next (re)activation.
4186  */
4187 static void
4188 bfq_set_next_ioprio_data(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_io_cq *bic)
4189 {
4190         struct task_struct *tsk = current;
4191         int ioprio_class;
4192         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
4193
4194         if (!bfqd)
4195                 return;
4196
4197         ioprio_class = IOPRIO_PRIO_CLASS(bic->ioprio);
4198         switch (ioprio_class) {
4199         default:
4200                 dev_err(bfqq->bfqd->queue->backing_dev_info->dev,
4201                         "bfq: bad prio class %d\n", ioprio_class);
4202                 /* fall through */
4203         case IOPRIO_CLASS_NONE:
4204                 /*
4205                  * No prio set, inherit CPU scheduling settings.
4206                  */
4207                 bfqq->new_ioprio = task_nice_ioprio(tsk);
4208                 bfqq->new_ioprio_class = task_nice_ioclass(tsk);
4209                 break;
4210         case IOPRIO_CLASS_RT:
4211                 bfqq->new_ioprio = IOPRIO_PRIO_DATA(bic->ioprio);
4212                 bfqq->new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_RT;
4213                 break;
4214         case IOPRIO_CLASS_BE:
4215                 bfqq->new_ioprio = IOPRIO_PRIO_DATA(bic->ioprio);
4216                 bfqq->new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_BE;
4217                 break;
4218         case IOPRIO_CLASS_IDLE:
4219                 bfqq->new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_IDLE;
4220                 bfqq->new_ioprio = 7;
4221                 break;
4222         }
4223
4224         if (bfqq->new_ioprio >= IOPRIO_BE_NR) {
4225                 pr_crit("bfq_set_next_ioprio_data: new_ioprio %d\n",
4226                         bfqq->new_ioprio);
4227                 bfqq->new_ioprio = IOPRIO_BE_NR;
4228         }
4229
4230         bfqq->entity.new_weight = bfq_ioprio_to_weight(bfqq->new_ioprio);
4231         bfqq->entity.prio_changed = 1;
4232 }
4233
4234 static struct bfq_queue *bfq_get_queue(struct bfq_data *bfqd,
4235                                        struct bio *bio, bool is_sync,
4236                                        struct bfq_io_cq *bic);
4237
4238 static void bfq_check_ioprio_change(struct bfq_io_cq *bic, struct bio *bio)
4239 {
4240         struct bfq_data *bfqd = bic_to_bfqd(bic);
4241         struct bfq_queue *bfqq;
4242         int ioprio = bic->icq.ioc->ioprio;
4243
4244         /*
4245          * This condition may trigger on a newly created bic, be sure to
4246          * drop the lock before returning.
4247          */
4248         if (unlikely(!bfqd) || likely(bic->ioprio == ioprio))
4249                 return;
4250
4251         bic->ioprio = ioprio;
4252
4253         bfqq = bic_to_bfqq(bic, false);
4254         if (bfqq) {
4255                 /* release process reference on this queue */
4256                 bfq_put_queue(bfqq);
4257                 bfqq = bfq_get_queue(bfqd, bio, BLK_RW_ASYNC, bic);
4258                 bic_set_bfqq(bic, bfqq, false);
4259         }
4260
4261         bfqq = bic_to_bfqq(bic, true);
4262         if (bfqq)
4263                 bfq_set_next_ioprio_data(bfqq, bic);
4264 }
4265
4266 static void bfq_init_bfqq(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
4267                           struct bfq_io_cq *bic, pid_t pid, int is_sync)
4268 {
4269         RB_CLEAR_NODE(&bfqq->entity.rb_node);
4270         INIT_LIST_HEAD(&bfqq->fifo);
4271         INIT_HLIST_NODE(&bfqq->burst_list_node);
4272
4273         bfqq->ref = 0;
4274         bfqq->bfqd = bfqd;
4275
4276         if (bic)
4277                 bfq_set_next_ioprio_data(bfqq, bic);
4278
4279         if (is_sync) {
4280                 /*
4281                  * No need to mark as has_short_ttime if in
4282                  * idle_class, because no device idling is performed
4283                  * for queues in idle class
4284                  */
4285                 if (!bfq_class_idle(bfqq))
4286                         /* tentatively mark as has_short_ttime */
4287                         bfq_mark_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
4288                 bfq_mark_bfqq_sync(bfqq);
4289                 bfq_mark_bfqq_just_created(bfqq);
4290                 /*
4291                  * Aggressively inject a lot of service: up to 90%.
4292                  * This coefficient remains constant during bfqq life,
4293                  * but this behavior might be changed, after enough
4294                  * testing and tuning.
4295                  */
4296                 bfqq->inject_coeff = 1;
4297         } else
4298                 bfq_clear_bfqq_sync(bfqq);
4299
4300         /* set end request to minus infinity from now */
4301         bfqq->ttime.last_end_request = ktime_get_ns() + 1;
4302
4303         bfq_mark_bfqq_IO_bound(bfqq);
4304
4305         bfqq->pid = pid;
4306
4307         /* Tentative initial value to trade off between thr and lat */
4308         bfqq->max_budget = (2 * bfq_max_budget(bfqd)) / 3;
4309         bfqq->budget_timeout = bfq_smallest_from_now();
4310
4311         bfqq->wr_coeff = 1;
4312         bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
4313         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt = bfq_smallest_from_now();
4314         bfqq->split_time = bfq_smallest_from_now();
4315
4316         /*
4317          * To not forget the possibly high bandwidth consumed by a
4318          * process/queue in the recent past,
4319          * bfq_bfqq_softrt_next_start() returns a value at least equal
4320          * to the current value of bfqq->soft_rt_next_start (see
4321          * comments on bfq_bfqq_softrt_next_start).  Set
4322          * soft_rt_next_start to now, to mean that bfqq has consumed
4323          * no bandwidth so far.
4324          */
4325         bfqq->soft_rt_next_start = jiffies;
4326
4327         /* first request is almost certainly seeky */
4328         bfqq->seek_history = 1;
4329 }
4330
4331 static struct bfq_queue **bfq_async_queue_prio(struct bfq_data *bfqd,
4332                                                struct bfq_group *bfqg,
4333                                                int ioprio_class, int ioprio)
4334 {
4335         switch (ioprio_class) {
4336         case IOPRIO_CLASS_RT:
4337                 return &bfqg->async_bfqq[0][ioprio];
4338         case IOPRIO_CLASS_NONE:
4339                 ioprio = IOPRIO_NORM;
4340                 /* fall through */
4341         case IOPRIO_CLASS_BE:
4342                 return &bfqg->async_bfqq[1][ioprio];
4343         case IOPRIO_CLASS_IDLE:
4344                 return &bfqg->async_idle_bfqq;
4345         default:
4346                 return NULL;
4347         }
4348 }
4349
4350 static struct bfq_queue *bfq_get_queue(struct bfq_data *bfqd,
4351                                        struct bio *bio, bool is_sync,
4352                                        struct bfq_io_cq *bic)
4353 {
4354         const int ioprio = IOPRIO_PRIO_DATA(bic->ioprio);
4355         const int ioprio_class = IOPRIO_PRIO_CLASS(bic->ioprio);
4356         struct bfq_queue **async_bfqq = NULL;
4357         struct bfq_queue *bfqq;
4358         struct bfq_group *bfqg;
4359
4360         rcu_read_lock();
4361
4362         bfqg = bfq_find_set_group(bfqd, __bio_blkcg(bio));
4363         if (!bfqg) {
4364                 bfqq = &bfqd->oom_bfqq;
4365                 goto out;
4366         }
4367
4368         if (!is_sync) {
4369                 async_bfqq = bfq_async_queue_prio(bfqd, bfqg, ioprio_class,
4370                                                   ioprio);
4371                 bfqq = *async_bfqq;
4372                 if (bfqq)
4373                         goto out;
4374         }
4375
4376         bfqq = kmem_cache_alloc_node(bfq_pool,
4377                                      GFP_NOWAIT | __GFP_ZERO | __GFP_NOWARN,
4378                                      bfqd->queue->node);
4379
4380         if (bfqq) {
4381                 bfq_init_bfqq(bfqd, bfqq, bic, current->pid,
4382                               is_sync);
4383                 bfq_init_entity(&bfqq->entity, bfqg);
4384                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "allocated");
4385         } else {
4386                 bfqq = &bfqd->oom_bfqq;
4387                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "using oom bfqq");
4388                 goto out;
4389         }
4390
4391         /*
4392          * Pin the queue now that it's allocated, scheduler exit will
4393          * prune it.
4394          */
4395         if (async_bfqq) {
4396                 bfqq->ref++; /*
4397                               * Extra group reference, w.r.t. sync
4398                               * queue. This extra reference is removed
4399                               * only if bfqq->bfqg disappears, to
4400                               * guarantee that this queue is not freed
4401                               * until its group goes away.
4402                               */
4403                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "get_queue, bfqq not in async: %p, %d",
4404                              bfqq, bfqq->ref);
4405                 *async_bfqq = bfqq;
4406         }
4407
4408 out:
4409         bfqq->ref++; /* get a process reference to this queue */
4410         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "get_queue, at end: %p, %d", bfqq, bfqq->ref);
4411         rcu_read_unlock();
4412         return bfqq;
4413 }
4414
4415 static void bfq_update_io_thinktime(struct bfq_data *bfqd,
4416                                     struct bfq_queue *bfqq)
4417 {
4418         struct bfq_ttime *ttime = &bfqq->ttime;
4419         u64 elapsed = ktime_get_ns() - bfqq->ttime.last_end_request;
4420
4421         elapsed = min_t(u64, elapsed, 2ULL * bfqd->bfq_slice_idle);
4422
4423         ttime->ttime_samples = (7*bfqq->ttime.ttime_samples + 256) / 8;
4424         ttime->ttime_total = div_u64(7*ttime->ttime_total + 256*elapsed,  8);
4425         ttime->ttime_mean = div64_ul(ttime->ttime_total + 128,
4426                                      ttime->ttime_samples);
4427 }
4428
4429 static void
4430 bfq_update_io_seektime(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
4431                        struct request *rq)
4432 {
4433         bfqq->seek_history <<= 1;
4434         bfqq->seek_history |=
4435                 get_sdist(bfqq->last_request_pos, rq) > BFQQ_SEEK_THR &&
4436                 (!blk_queue_nonrot(bfqd->queue) ||
4437                  blk_rq_sectors(rq) < BFQQ_SECT_THR_NONROT);
4438 }
4439
4440 static void bfq_update_has_short_ttime(struct bfq_data *bfqd,
4441                                        struct bfq_queue *bfqq,
4442                                        struct bfq_io_cq *bic)
4443 {
4444         bool has_short_ttime = true;
4445
4446         /*
4447          * No need to update has_short_ttime if bfqq is async or in
4448          * idle io prio class, or if bfq_slice_idle is zero, because
4449          * no device idling is performed for bfqq in this case.
4450          */
4451         if (!bfq_bfqq_sync(bfqq) || bfq_class_idle(bfqq) ||
4452             bfqd->bfq_slice_idle == 0)
4453                 return;
4454
4455         /* Idle window just restored, statistics are meaningless. */
4456         if (time_is_after_eq_jiffies(bfqq->split_time +
4457                                      bfqd->bfq_wr_min_idle_time))
4458                 return;
4459
4460         /* Think time is infinite if no process is linked to
4461          * bfqq. Otherwise check average think time to
4462          * decide whether to mark as has_short_ttime
4463          */
4464         if (atomic_read(&bic->icq.ioc->active_ref) == 0 ||
4465             (bfq_sample_valid(bfqq->ttime.ttime_samples) &&
4466              bfqq->ttime.ttime_mean > bfqd->bfq_slice_idle))
4467                 has_short_ttime = false;
4468
4469         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "update_has_short_ttime: has_short_ttime %d",
4470                      has_short_ttime);
4471
4472         if (has_short_ttime)
4473                 bfq_mark_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
4474         else
4475                 bfq_clear_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
4476 }
4477
4478 /*
4479  * Called when a new fs request (rq) is added to bfqq.  Check if there's
4480  * something we should do about it.
4481  */
4482 static void bfq_rq_enqueued(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
4483                             struct request *rq)
4484 {
4485         struct bfq_io_cq *bic = RQ_BIC(rq);
4486
4487         if (rq->cmd_flags & REQ_META)
4488                 bfqq->meta_pending++;
4489
4490         bfq_update_io_thinktime(bfqd, bfqq);
4491         bfq_update_has_short_ttime(bfqd, bfqq, bic);
4492         bfq_update_io_seektime(bfqd, bfqq, rq);
4493
4494         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq,
4495                      "rq_enqueued: has_short_ttime=%d (seeky %d)",
4496                      bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq), BFQQ_SEEKY(bfqq));
4497
4498         bfqq->last_request_pos = blk_rq_pos(rq) + blk_rq_sectors(rq);
4499
4500         if (bfqq == bfqd->in_service_queue && bfq_bfqq_wait_request(bfqq)) {
4501                 bool small_req = bfqq->queued[rq_is_sync(rq)] == 1 &&
4502                                  blk_rq_sectors(rq) < 32;
4503                 bool budget_timeout = bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq);
4504
4505                 /*
4506                  * There is just this request queued: if the request
4507                  * is small and the queue is not to be expired, then
4508                  * just exit.
4509                  *
4510                  * In this way, if the device is being idled to wait
4511                  * for a new request from the in-service queue, we
4512                  * avoid unplugging the device and committing the
4513                  * device to serve just a small request. On the
4514                  * contrary, we wait for the block layer to decide
4515                  * when to unplug the device: hopefully, new requests
4516                  * will be merged to this one quickly, then the device
4517                  * will be unplugged and larger requests will be
4518                  * dispatched.
4519                  */
4520                 if (small_req && !budget_timeout)
4521                         return;
4522
4523                 /*
4524                  * A large enough request arrived, or the queue is to
4525                  * be expired: in both cases disk idling is to be
4526                  * stopped, so clear wait_request flag and reset
4527                  * timer.
4528                  */
4529                 bfq_clear_bfqq_wait_request(bfqq);
4530                 hrtimer_try_to_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
4531
4532                 /*
4533                  * The queue is not empty, because a new request just
4534                  * arrived. Hence we can safely expire the queue, in
4535                  * case of budget timeout, without risking that the
4536                  * timestamps of the queue are not updated correctly.
4537                  * See [1] for more details.
4538                  */
4539                 if (budget_timeout)
4540                         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false,
4541                                         BFQQE_BUDGET_TIMEOUT);
4542         }
4543 }
4544
4545 /* returns true if it causes the idle timer to be disabled */
4546 static bool __bfq_insert_request(struct bfq_data *bfqd, struct request *rq)
4547 {
4548         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq),
4549                 *new_bfqq = bfq_setup_cooperator(bfqd, bfqq, rq, true);
4550         bool waiting, idle_timer_disabled = false;
4551
4552         if (new_bfqq) {
4553                 if (bic_to_bfqq(RQ_BIC(rq), 1) != bfqq)
4554                         new_bfqq = bic_to_bfqq(RQ_BIC(rq), 1);
4555                 /*
4556                  * Release the request's reference to the old bfqq
4557                  * and make sure one is taken to the shared queue.
4558                  */
4559                 new_bfqq->allocated++;
4560                 bfqq->allocated--;
4561                 new_bfqq->ref++;
4562                 /*
4563                  * If the bic associated with the process
4564                  * issuing this request still points to bfqq
4565                  * (and thus has not been already redirected
4566                  * to new_bfqq or even some other bfq_queue),
4567                  * then complete the merge and redirect it to
4568                  * new_bfqq.
4569                  */
4570                 if (bic_to_bfqq(RQ_BIC(rq), 1) == bfqq)
4571                         bfq_merge_bfqqs(bfqd, RQ_BIC(rq),
4572                                         bfqq, new_bfqq);
4573
4574                 bfq_clear_bfqq_just_created(bfqq);
4575                 /*
4576                  * rq is about to be enqueued into new_bfqq,
4577                  * release rq reference on bfqq
4578                  */
4579                 bfq_put_queue(bfqq);
4580                 rq->elv.priv[1] = new_bfqq;
4581                 bfqq = new_bfqq;
4582         }
4583
4584         waiting = bfqq && bfq_bfqq_wait_request(bfqq);
4585         bfq_add_request(rq);
4586         idle_timer_disabled = waiting && !bfq_bfqq_wait_request(bfqq);
4587
4588         rq->fifo_time = ktime_get_ns() + bfqd->bfq_fifo_expire[rq_is_sync(rq)];
4589         list_add_tail(&rq->queuelist, &bfqq->fifo);
4590
4591         bfq_rq_enqueued(bfqd, bfqq, rq);
4592
4593         return idle_timer_disabled;
4594 }
4595
4596 #if defined(CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED) && defined(CONFIG_DEBUG_BLK_CGROUP)
4597 static void bfq_update_insert_stats(struct request_queue *q,
4598                                     struct bfq_queue *bfqq,
4599                                     bool idle_timer_disabled,
4600                                     unsigned int cmd_flags)
4601 {
4602         if (!bfqq)
4603                 return;
4604
4605         /*
4606          * bfqq still exists, because it can disappear only after
4607          * either it is merged with another queue, or the process it
4608          * is associated with exits. But both actions must be taken by
4609          * the same process currently executing this flow of
4610          * instructions.
4611          *
4612          * In addition, the following queue lock guarantees that
4613          * bfqq_group(bfqq) exists as well.
4614          */
4615         spin_lock_irq(q->queue_lock);
4616         bfqg_stats_update_io_add(bfqq_group(bfqq), bfqq, cmd_flags);
4617         if (idle_timer_disabled)
4618                 bfqg_stats_update_idle_time(bfqq_group(bfqq));
4619         spin_unlock_irq(q->queue_lock);
4620 }
4621 #else
4622 static inline void bfq_update_insert_stats(struct request_queue *q,
4623                                            struct bfq_queue *bfqq,
4624                                            bool idle_timer_disabled,
4625                                            unsigned int cmd_flags) {}
4626 #endif
4627
4628 static void bfq_insert_request(struct blk_mq_hw_ctx *hctx, struct request *rq,
4629                                bool at_head)
4630 {
4631         struct request_queue *q = hctx->queue;
4632         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
4633         struct bfq_queue *bfqq;
4634         bool idle_timer_disabled = false;
4635         unsigned int cmd_flags;
4636
4637         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
4638         if (blk_mq_sched_try_insert_merge(q, rq)) {
4639                 spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
4640                 return;
4641         }
4642
4643         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
4644
4645         blk_mq_sched_request_inserted(rq);
4646
4647         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
4648         bfqq = bfq_init_rq(rq);
4649         if (at_head || blk_rq_is_passthrough(rq)) {
4650                 if (at_head)
4651                         list_add(&rq->queuelist, &bfqd->dispatch);
4652                 else
4653                         list_add_tail(&rq->queuelist, &bfqd->dispatch);
4654         } else { /* bfqq is assumed to be non null here */
4655                 idle_timer_disabled = __bfq_insert_request(bfqd, rq);
4656                 /*
4657                  * Update bfqq, because, if a queue merge has occurred
4658                  * in __bfq_insert_request, then rq has been
4659                  * redirected into a new queue.
4660                  */
4661                 bfqq = RQ_BFQQ(rq);
4662
4663                 if (rq_mergeable(rq)) {
4664                         elv_rqhash_add(q, rq);
4665                         if (!q->last_merge)
4666                                 q->last_merge = rq;
4667                 }
4668         }
4669
4670         /*
4671          * Cache cmd_flags before releasing scheduler lock, because rq
4672          * may disappear afterwards (for example, because of a request
4673          * merge).
4674          */
4675         cmd_flags = rq->cmd_flags;
4676
4677         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
4678
4679         bfq_update_insert_stats(q, bfqq, idle_timer_disabled,
4680                                 cmd_flags);
4681 }
4682
4683 static void bfq_insert_requests(struct blk_mq_hw_ctx *hctx,
4684                                 struct list_head *list, bool at_head)
4685 {
4686         while (!list_empty(list)) {
4687                 struct request *rq;
4688
4689                 rq = list_first_entry(list, struct request, queuelist);
4690                 list_del_init(&rq->queuelist);
4691                 bfq_insert_request(hctx, rq, at_head);
4692         }
4693 }
4694
4695 static void bfq_update_hw_tag(struct bfq_data *bfqd)
4696 {
4697         bfqd->max_rq_in_driver = max_t(int, bfqd->max_rq_in_driver,
4698                                        bfqd->rq_in_driver);
4699
4700         if (bfqd->hw_tag == 1)
4701                 return;
4702
4703         /*
4704          * This sample is valid if the number of outstanding requests
4705          * is large enough to allow a queueing behavior.  Note that the
4706          * sum is not exact, as it's not taking into account deactivated
4707          * requests.
4708          */
4709         if (bfqd->rq_in_driver + bfqd->queued < BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD)
4710                 return;
4711
4712         if (bfqd->hw_tag_samples++ < BFQ_HW_QUEUE_SAMPLES)
4713                 return;
4714
4715         bfqd->hw_tag = bfqd->max_rq_in_driver > BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD;
4716         bfqd->max_rq_in_driver = 0;
4717         bfqd->hw_tag_samples = 0;
4718 }
4719
4720 static void bfq_completed_request(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_data *bfqd)
4721 {
4722         u64 now_ns;
4723         u32 delta_us;
4724
4725         bfq_update_hw_tag(bfqd);
4726
4727         bfqd->rq_in_driver--;
4728         bfqq->dispatched--;
4729
4730         if (!bfqq->dispatched && !bfq_bfqq_busy(bfqq)) {
4731                 /*
4732                  * Set budget_timeout (which we overload to store the
4733                  * time at which the queue remains with no backlog and
4734                  * no outstanding request; used by the weight-raising
4735                  * mechanism).
4736                  */
4737                 bfqq->budget_timeout = jiffies;
4738
4739                 bfq_weights_tree_remove(bfqd, bfqq);
4740         }
4741
4742         now_ns = ktime_get_ns();
4743
4744         bfqq->ttime.last_end_request = now_ns;
4745
4746         /*
4747          * Using us instead of ns, to get a reasonable precision in
4748          * computing rate in next check.
4749          */
4750         delta_us = div_u64(now_ns - bfqd->last_completion, NSEC_PER_USEC);
4751
4752         /*
4753          * If the request took rather long to complete, and, according
4754          * to the maximum request size recorded, this completion latency
4755          * implies that the request was certainly served at a very low
4756          * rate (less than 1M sectors/sec), then the whole observation
4757          * interval that lasts up to this time instant cannot be a
4758          * valid time interval for computing a new peak rate.  Invoke
4759          * bfq_update_rate_reset to have the following three steps
4760          * taken:
4761          * - close the observation interval at the last (previous)
4762          *   request dispatch or completion
4763          * - compute rate, if possible, for that observation interval
4764          * - reset to zero samples, which will trigger a proper
4765          *   re-initialization of the observation interval on next
4766          *   dispatch
4767          */
4768         if (delta_us > BFQ_MIN_TT/NSEC_PER_USEC &&
4769            (bfqd->last_rq_max_size<<BFQ_RATE_SHIFT)/delta_us <
4770                         1UL<<(BFQ_RATE_SHIFT - 10))
4771                 bfq_update_rate_reset(bfqd, NULL);
4772         bfqd->last_completion = now_ns;
4773
4774         /*
4775          * If we are waiting to discover whether the request pattern
4776          * of the task associated with the queue is actually
4777          * isochronous, and both requisites for this condition to hold
4778          * are now satisfied, then compute soft_rt_next_start (see the
4779          * comments on the function bfq_bfqq_softrt_next_start()). We
4780          * schedule this delayed check when bfqq expires, if it still
4781          * has in-flight requests.
4782          */
4783         if (bfq_bfqq_softrt_update(bfqq) && bfqq->dispatched == 0 &&
4784             RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list))
4785                 bfqq->soft_rt_next_start =
4786                         bfq_bfqq_softrt_next_start(bfqd, bfqq);
4787
4788         /*
4789          * If this is the in-service queue, check if it needs to be expired,
4790          * or if we want to idle in case it has no pending requests.
4791          */
4792         if (bfqd->in_service_queue == bfqq) {
4793                 if (bfq_bfqq_must_idle(bfqq)) {
4794                         if (bfqq->dispatched == 0)
4795                                 bfq_arm_slice_timer(bfqd);
4796                         /*
4797                          * If we get here, we do not expire bfqq, even
4798                          * if bfqq was in budget timeout or had no
4799                          * more requests (as controlled in the next
4800                          * conditional instructions). The reason for
4801                          * not expiring bfqq is as follows.
4802                          *
4803                          * Here bfqq->dispatched > 0 holds, but
4804                          * bfq_bfqq_must_idle() returned true. This
4805                          * implies that, even if no request arrives
4806                          * for bfqq before bfqq->dispatched reaches 0,
4807                          * bfqq will, however, not be expired on the
4808                          * completion event that causes bfqq->dispatch
4809                          * to reach zero. In contrast, on this event,
4810                          * bfqq will start enjoying device idling
4811                          * (I/O-dispatch plugging).
4812                          *
4813                          * But, if we expired bfqq here, bfqq would
4814                          * not have the chance to enjoy device idling
4815                          * when bfqq->dispatched finally reaches
4816                          * zero. This would expose bfqq to violation
4817                          * of its reserved service guarantees.
4818                          */
4819                         return;
4820                 } else if (bfq_may_expire_for_budg_timeout(bfqq))
4821                         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false,
4822                                         BFQQE_BUDGET_TIMEOUT);
4823                 else if (RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) &&
4824                          (bfqq->dispatched == 0 ||
4825                           !bfq_better_to_idle(bfqq)))
4826                         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false,
4827                                         BFQQE_NO_MORE_REQUESTS);
4828         }
4829
4830         if (!bfqd->rq_in_driver)
4831                 bfq_schedule_dispatch(bfqd);
4832 }
4833
4834 static void bfq_finish_requeue_request_body(struct bfq_queue *bfqq)
4835 {
4836         bfqq->allocated--;
4837
4838         bfq_put_queue(bfqq);
4839 }
4840
4841 /*
4842  * Handle either a requeue or a finish for rq. The things to do are
4843  * the same in both cases: all references to rq are to be dropped. In
4844  * particular, rq is considered completed from the point of view of
4845  * the scheduler.
4846  */
4847 static void bfq_finish_requeue_request(struct request *rq)
4848 {
4849         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
4850         struct bfq_data *bfqd;
4851
4852         /*
4853          * Requeue and finish hooks are invoked in blk-mq without
4854          * checking whether the involved request is actually still
4855          * referenced in the scheduler. To handle this fact, the
4856          * following two checks make this function exit in case of
4857          * spurious invocations, for which there is nothing to do.
4858          *
4859          * First, check whether rq has nothing to do with an elevator.
4860          */
4861         if (unlikely(!(rq->rq_flags & RQF_ELVPRIV)))
4862                 return;
4863
4864         /*
4865          * rq either is not associated with any icq, or is an already
4866          * requeued request that has not (yet) been re-inserted into
4867          * a bfq_queue.
4868          */
4869         if (!rq->elv.icq || !bfqq)
4870                 return;
4871
4872         bfqd = bfqq->bfqd;
4873
4874         if (rq->rq_flags & RQF_STARTED)
4875                 bfqg_stats_update_completion(bfqq_group(bfqq),
4876                                              rq->start_time_ns,
4877                                              rq->io_start_time_ns,
4878                                              rq->cmd_flags);
4879
4880         if (likely(rq->rq_flags & RQF_STARTED)) {
4881                 unsigned long flags;
4882
4883                 spin_lock_irqsave(&bfqd->lock, flags);
4884
4885                 bfq_completed_request(bfqq, bfqd);
4886                 bfq_finish_requeue_request_body(bfqq);
4887
4888                 spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
4889         } else {
4890                 /*
4891                  * Request rq may be still/already in the scheduler,
4892                  * in which case we need to remove it (this should
4893                  * never happen in case of requeue). And we cannot
4894                  * defer such a check and removal, to avoid
4895                  * inconsistencies in the time interval from the end
4896                  * of this function to the start of the deferred work.
4897                  * This situation seems to occur only in process
4898                  * context, as a consequence of a merge. In the
4899                  * current version of the code, this implies that the
4900                  * lock is held.
4901                  */
4902
4903                 if (!RB_EMPTY_NODE(&rq->rb_node)) {
4904                         bfq_remove_request(rq->q, rq);
4905                         bfqg_stats_update_io_remove(bfqq_group(bfqq),
4906                                                     rq->cmd_flags);
4907                 }
4908                 bfq_finish_requeue_request_body(bfqq);
4909         }
4910
4911         /*
4912          * Reset private fields. In case of a requeue, this allows
4913          * this function to correctly do nothing if it is spuriously
4914          * invoked again on this same request (see the check at the
4915          * beginning of the function). Probably, a better general
4916          * design would be to prevent blk-mq from invoking the requeue
4917          * or finish hooks of an elevator, for a request that is not
4918          * referred by that elevator.
4919          *
4920          * Resetting the following fields would break the
4921          * request-insertion logic if rq is re-inserted into a bfq
4922          * internal queue, without a re-preparation. Here we assume
4923          * that re-insertions of requeued requests, without
4924          * re-preparation, can happen only for pass_through or at_head
4925          * requests (which are not re-inserted into bfq internal
4926          * queues).
4927          */
4928         rq->elv.priv[0] = NULL;
4929         rq->elv.priv[1] = NULL;
4930 }
4931
4932 /*
4933  * Returns NULL if a new bfqq should be allocated, or the old bfqq if this
4934  * was the last process referring to that bfqq.
4935  */
4936 static struct bfq_queue *
4937 bfq_split_bfqq(struct bfq_io_cq *bic, struct bfq_queue *bfqq)
4938 {
4939         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "splitting queue");
4940
4941         if (bfqq_process_refs(bfqq) == 1) {
4942                 bfqq->pid = current->pid;
4943                 bfq_clear_bfqq_coop(bfqq);
4944                 bfq_clear_bfqq_split_coop(bfqq);
4945                 return bfqq;
4946         }
4947
4948         bic_set_bfqq(bic, NULL, 1);
4949
4950         bfq_put_cooperator(bfqq);
4951
4952         bfq_put_queue(bfqq);
4953         return NULL;
4954 }
4955
4956 static struct bfq_queue *bfq_get_bfqq_handle_split(struct bfq_data *bfqd,
4957                                                    struct bfq_io_cq *bic,
4958                                                    struct bio *bio,
4959                                                    bool split, bool is_sync,
4960                                                    bool *new_queue)
4961 {
4962         struct bfq_queue *bfqq = bic_to_bfqq(bic, is_sync);
4963
4964         if (likely(bfqq && bfqq != &bfqd->oom_bfqq))
4965                 return bfqq;
4966
4967         if (new_queue)
4968                 *new_queue = true;
4969
4970         if (bfqq)
4971                 bfq_put_queue(bfqq);
4972         bfqq = bfq_get_queue(bfqd, bio, is_sync, bic);
4973
4974         bic_set_bfqq(bic, bfqq, is_sync);
4975         if (split && is_sync) {
4976                 if ((bic->was_in_burst_list && bfqd->large_burst) ||
4977                     bic->saved_in_large_burst)
4978                         bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq);
4979                 else {
4980                         bfq_clear_bfqq_in_large_burst(bfqq);
4981                         if (bic->was_in_burst_list)
4982                                 /*
4983                                  * If bfqq was in the current
4984                                  * burst list before being
4985                                  * merged, then we have to add
4986                                  * it back. And we do not need
4987                                  * to increase burst_size, as
4988                                  * we did not decrement
4989                                  * burst_size when we removed
4990                                  * bfqq from the burst list as
4991                                  * a consequence of a merge
4992                                  * (see comments in
4993                                  * bfq_put_queue). In this
4994                                  * respect, it would be rather
4995                                  * costly to know whether the
4996                                  * current burst list is still
4997                                  * the same burst list from
4998                                  * which bfqq was removed on
4999                                  * the merge. To avoid this
5000                                  * cost, if bfqq was in a
5001                                  * burst list, then we add
5002                                  * bfqq to the current burst
5003                                  * list without any further
5004                                  * check. This can cause
5005                                  * inappropriate insertions,
5006                                  * but rarely enough to not
5007                                  * harm the detection of large
5008                                  * bursts significantly.
5009                                  */
5010                                 hlist_add_head(&bfqq->burst_list_node,
5011                                                &bfqd->burst_list);
5012                 }
5013                 bfqq->split_time = jiffies;
5014         }
5015
5016         return bfqq;
5017 }
5018
5019 /*
5020  * Only reset private fields. The actual request preparation will be
5021  * performed by bfq_init_rq, when rq is either inserted or merged. See
5022  * comments on bfq_init_rq for the reason behind this delayed
5023  * preparation.
5024  */
5025 static void bfq_prepare_request(struct request *rq, struct bio *bio)
5026 {
5027         /*
5028          * Regardless of whether we have an icq attached, we have to
5029          * clear the scheduler pointers, as they might point to
5030          * previously allocated bic/bfqq structs.
5031          */
5032         rq->elv.priv[0] = rq->elv.priv[1] = NULL;
5033 }
5034
5035 /*
5036  * If needed, init rq, allocate bfq data structures associated with
5037  * rq, and increment reference counters in the destination bfq_queue
5038  * for rq. Return the destination bfq_queue for rq, or NULL is rq is
5039  * not associated with any bfq_queue.
5040  *
5041  * This function is invoked by the functions that perform rq insertion
5042  * or merging. One may have expected the above preparation operations
5043  * to be performed in bfq_prepare_request, and not delayed to when rq
5044  * is inserted or merged. The rationale behind this delayed
5045  * preparation is that, after the prepare_request hook is invoked for
5046  * rq, rq may still be transformed into a request with no icq, i.e., a
5047  * request not associated with any queue. No bfq hook is invoked to
5048  * signal this tranformation. As a consequence, should these
5049  * preparation operations be performed when the prepare_request hook
5050  * is invoked, and should rq be transformed one moment later, bfq
5051  * would end up in an inconsistent state, because it would have
5052  * incremented some queue counters for an rq destined to
5053  * transformation, without any chance to correctly lower these
5054  * counters back. In contrast, no transformation can still happen for
5055  * rq after rq has been inserted or merged. So, it is safe to execute
5056  * these preparation operations when rq is finally inserted or merged.
5057  */
5058 static struct bfq_queue *bfq_init_rq(struct request *rq)
5059 {
5060         struct request_queue *q = rq->q;
5061         struct bio *bio = rq->bio;
5062         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
5063         struct bfq_io_cq *bic;
5064         const int is_sync = rq_is_sync(rq);
5065         struct bfq_queue *bfqq;
5066         bool new_queue = false;
5067         bool bfqq_already_existing = false, split = false;
5068
5069         if (unlikely(!rq->elv.icq))
5070                 return NULL;
5071
5072         /*
5073          * Assuming that elv.priv[1] is set only if everything is set
5074          * for this rq. This holds true, because this function is
5075          * invoked only for insertion or merging, and, after such
5076          * events, a request cannot be manipulated any longer before
5077          * being removed from bfq.
5078          */
5079         if (rq->elv.priv[1])
5080                 return rq->elv.priv[1];
5081
5082         bic = icq_to_bic(rq->elv.icq);
5083
5084         bfq_check_ioprio_change(bic, bio);
5085
5086         bfq_bic_update_cgroup(bic, bio);
5087
5088         bfqq = bfq_get_bfqq_handle_split(bfqd, bic, bio, false, is_sync,
5089                                          &new_queue);
5090
5091         if (likely(!new_queue)) {
5092                 /* If the queue was seeky for too long, break it apart. */
5093                 if (bfq_bfqq_coop(bfqq) && bfq_bfqq_split_coop(bfqq)) {
5094                         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "breaking apart bfqq");
5095
5096                         /* Update bic before losing reference to bfqq */
5097                         if (bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq))
5098                                 bic->saved_in_large_burst = true;
5099
5100                         bfqq = bfq_split_bfqq(bic, bfqq);
5101                         split = true;
5102
5103                         if (!bfqq)
5104                                 bfqq = bfq_get_bfqq_handle_split(bfqd, bic, bio,
5105                                                                  true, is_sync,
5106                                                                  NULL);
5107                         else
5108                                 bfqq_already_existing = true;
5109                 }
5110         }
5111
5112         bfqq->allocated++;
5113         bfqq->ref++;
5114         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "get_request %p: bfqq %p, %d",
5115                      rq, bfqq, bfqq->ref);
5116
5117         rq->elv.priv[0] = bic;
5118         rq->elv.priv[1] = bfqq;
5119
5120         /*
5121          * If a bfq_queue has only one process reference, it is owned
5122          * by only this bic: we can then set bfqq->bic = bic. in
5123          * addition, if the queue has also just been split, we have to
5124          * resume its state.
5125          */
5126         if (likely(bfqq != &bfqd->oom_bfqq) && bfqq_process_refs(bfqq) == 1) {
5127                 bfqq->bic = bic;
5128                 if (split) {
5129                         /*
5130                          * The queue has just been split from a shared
5131                          * queue: restore the idle window and the
5132                          * possible weight raising period.
5133                          */
5134                         bfq_bfqq_resume_state(bfqq, bfqd, bic,
5135                                               bfqq_already_existing);
5136                 }
5137         }
5138
5139         if (unlikely(bfq_bfqq_just_created(bfqq)))
5140                 bfq_handle_burst(bfqd, bfqq);
5141
5142         return bfqq;
5143 }
5144
5145 static void bfq_idle_slice_timer_body(struct bfq_queue *bfqq)
5146 {
5147         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
5148         enum bfqq_expiration reason;
5149         unsigned long flags;
5150
5151         spin_lock_irqsave(&bfqd->lock, flags);
5152         bfq_clear_bfqq_wait_request(bfqq);
5153
5154         if (bfqq != bfqd->in_service_queue) {
5155                 spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
5156                 return;
5157         }
5158
5159         if (bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq))
5160                 /*
5161                  * Also here the queue can be safely expired
5162                  * for budget timeout without wasting
5163                  * guarantees
5164                  */
5165                 reason = BFQQE_BUDGET_TIMEOUT;
5166         else if (bfqq->queued[0] == 0 && bfqq->queued[1] == 0)
5167                 /*
5168                  * The queue may not be empty upon timer expiration,
5169                  * because we may not disable the timer when the
5170                  * first request of the in-service queue arrives
5171                  * during disk idling.
5172                  */
5173                 reason = BFQQE_TOO_IDLE;
5174         else
5175                 goto schedule_dispatch;
5176
5177         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, true, reason);
5178
5179 schedule_dispatch:
5180         spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
5181         bfq_schedule_dispatch(bfqd);
5182 }
5183
5184 /*
5185  * Handler of the expiration of the timer running if the in-service queue
5186  * is idling inside its time slice.
5187  */
5188 static enum hrtimer_restart bfq_idle_slice_timer(struct hrtimer *timer)
5189 {
5190         struct bfq_data *bfqd = container_of(timer, struct bfq_data,
5191                                              idle_slice_timer);
5192         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->in_service_queue;
5193
5194         /*
5195          * Theoretical race here: the in-service queue can be NULL or
5196          * different from the queue that was idling if a new request
5197          * arrives for the current queue and there is a full dispatch
5198          * cycle that changes the in-service queue.  This can hardly
5199          * happen, but in the worst case we just expire a queue too
5200          * early.
5201          */
5202         if (bfqq)
5203                 bfq_idle_slice_timer_body(bfqq);
5204
5205         return HRTIMER_NORESTART;
5206 }
5207
5208 static void __bfq_put_async_bfqq(struct bfq_data *bfqd,
5209                                  struct bfq_queue **bfqq_ptr)
5210 {
5211         struct bfq_queue *bfqq = *bfqq_ptr;
5212
5213         bfq_log(bfqd, "put_async_bfqq: %p", bfqq);
5214         if (bfqq) {
5215                 bfq_bfqq_move(bfqd, bfqq, bfqd->root_group);
5216
5217                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "put_async_bfqq: putting %p, %d",
5218                              bfqq, bfqq->ref);
5219                 bfq_put_queue(bfqq);
5220                 *bfqq_ptr = NULL;
5221         }
5222 }
5223
5224 /*
5225  * Release all the bfqg references to its async queues.  If we are
5226  * deallocating the group these queues may still contain requests, so
5227  * we reparent them to the root cgroup (i.e., the only one that will
5228  * exist for sure until all the requests on a device are gone).
5229  */
5230 void bfq_put_async_queues(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_group *bfqg)
5231 {
5232         int i, j;
5233
5234         for (i = 0; i < 2; i++)
5235                 for (j = 0; j < IOPRIO_BE_NR; j++)
5236                         __bfq_put_async_bfqq(bfqd, &bfqg->async_bfqq[i][j]);
5237
5238         __bfq_put_async_bfqq(bfqd, &bfqg->async_idle_bfqq);
5239 }
5240
5241 /*
5242  * See the comments on bfq_limit_depth for the purpose of
5243  * the depths set in the function. Return minimum shallow depth we'll use.
5244  */
5245 static unsigned int bfq_update_depths(struct bfq_data *bfqd,
5246                                       struct sbitmap_queue *bt)
5247 {
5248         unsigned int i, j, min_shallow = UINT_MAX;
5249
5250         /*
5251          * In-word depths if no bfq_queue is being weight-raised:
5252          * leaving 25% of tags only for sync reads.
5253          *
5254          * In next formulas, right-shift the value
5255          * (1U<<bt->sb.shift), instead of computing directly
5256          * (1U<<(bt->sb.shift - something)), to be robust against
5257          * any possible value of bt->sb.shift, without having to
5258          * limit 'something'.
5259          */
5260         /* no more than 50% of tags for async I/O */
5261         bfqd->word_depths[0][0] = max((1U << bt->sb.shift) >> 1, 1U);
5262         /*
5263          * no more than 75% of tags for sync writes (25% extra tags
5264          * w.r.t. async I/O, to prevent async I/O from starving sync
5265          * writes)
5266          */
5267         bfqd->word_depths[0][1] = max(((1U << bt->sb.shift) * 3) >> 2, 1U);
5268
5269         /*
5270          * In-word depths in case some bfq_queue is being weight-
5271          * raised: leaving ~63% of tags for sync reads. This is the
5272          * highest percentage for which, in our tests, application
5273          * start-up times didn't suffer from any regression due to tag
5274          * shortage.
5275          */
5276         /* no more than ~18% of tags for async I/O */
5277         bfqd->word_depths[1][0] = max(((1U << bt->sb.shift) * 3) >> 4, 1U);
5278         /* no more than ~37% of tags for sync writes (~20% extra tags) */
5279         bfqd->word_depths[1][1] = max(((1U << bt->sb.shift) * 6) >> 4, 1U);
5280
5281         for (i = 0; i < 2; i++)
5282                 for (j = 0; j < 2; j++)
5283                         min_shallow = min(min_shallow, bfqd->word_depths[i][j]);
5284
5285         return min_shallow;
5286 }
5287
5288 static int bfq_init_hctx(struct blk_mq_hw_ctx *hctx, unsigned int index)
5289 {
5290         struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
5291         struct blk_mq_tags *tags = hctx->sched_tags;
5292         unsigned int min_shallow;
5293
5294         min_shallow = bfq_update_depths(bfqd, &tags->bitmap_tags);
5295         sbitmap_queue_min_shallow_depth(&tags->bitmap_tags, min_shallow);
5296         return 0;
5297 }
5298
5299 static void bfq_exit_queue(struct elevator_queue *e)
5300 {
5301         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
5302         struct bfq_queue *bfqq, *n;
5303
5304         hrtimer_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
5305
5306         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
5307         list_for_each_entry_safe(bfqq, n, &bfqd->idle_list, bfqq_list)
5308                 bfq_deactivate_bfqq(bfqd, bfqq, false, false);
5309         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
5310
5311         hrtimer_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
5312
5313 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
5314         /* release oom-queue reference to root group */
5315         bfqg_and_blkg_put(bfqd->root_group);
5316
5317         blkcg_deactivate_policy(bfqd->queue, &blkcg_policy_bfq);
5318 #else
5319         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
5320         bfq_put_async_queues(bfqd, bfqd->root_group);
5321         kfree(bfqd->root_group);
5322         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
5323 #endif
5324
5325         kfree(bfqd);
5326 }
5327
5328 static void bfq_init_root_group(struct bfq_group *root_group,
5329                                 struct bfq_data *bfqd)
5330 {
5331         int i;
5332
5333 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
5334         root_group->entity.parent = NULL;
5335         root_group->my_entity = NULL;
5336         root_group->bfqd = bfqd;
5337 #endif
5338         root_group->rq_pos_tree = RB_ROOT;
5339         for (i = 0; i < BFQ_IOPRIO_CLASSES; i++)
5340                 root_group->sched_data.service_tree[i] = BFQ_SERVICE_TREE_INIT;
5341         root_group->sched_data.bfq_class_idle_last_service = jiffies;
5342 }
5343
5344 static int bfq_init_queue(struct request_queue *q, struct elevator_type *e)
5345 {
5346         struct bfq_data *bfqd;
5347         struct elevator_queue *eq;
5348
5349         eq = elevator_alloc(q, e);
5350         if (!eq)
5351                 return -ENOMEM;
5352
5353         bfqd = kzalloc_node(sizeof(*bfqd), GFP_KERNEL, q->node);
5354         if (!bfqd) {
5355                 kobject_put(&eq->kobj);
5356                 return -ENOMEM;
5357         }
5358         eq->elevator_data = bfqd;
5359
5360         spin_lock_irq(q->queue_lock);
5361         q->elevator = eq;
5362         spin_unlock_irq(q->queue_lock);
5363
5364         /*
5365          * Our fallback bfqq if bfq_find_alloc_queue() runs into OOM issues.
5366          * Grab a permanent reference to it, so that the normal code flow
5367          * will not attempt to free it.
5368          */
5369         bfq_init_bfqq(bfqd, &bfqd->oom_bfqq, NULL, 1, 0);
5370         bfqd->oom_bfqq.ref++;
5371         bfqd->oom_bfqq.new_ioprio = BFQ_DEFAULT_QUEUE_IOPRIO;
5372         bfqd->oom_bfqq.new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_BE;
5373         bfqd->oom_bfqq.entity.new_weight =
5374                 bfq_ioprio_to_weight(bfqd->oom_bfqq.new_ioprio);
5375
5376         /* oom_bfqq does not participate to bursts */
5377         bfq_clear_bfqq_just_created(&bfqd->oom_bfqq);
5378
5379         /*
5380          * Trigger weight initialization, according to ioprio, at the
5381          * oom_bfqq's first activation. The oom_bfqq's ioprio and ioprio
5382          * class won't be changed any more.
5383          */
5384         bfqd->oom_bfqq.entity.prio_changed = 1;
5385
5386         bfqd->queue = q;
5387
5388         INIT_LIST_HEAD(&bfqd->dispatch);
5389
5390         hrtimer_init(&bfqd->idle_slice_timer, CLOCK_MONOTONIC,
5391                      HRTIMER_MODE_REL);
5392         bfqd->idle_slice_timer.function = bfq_idle_slice_timer;
5393
5394         bfqd->queue_weights_tree = RB_ROOT;
5395         bfqd->group_weights_tree = RB_ROOT;
5396
5397         INIT_LIST_HEAD(&bfqd->active_list);
5398         INIT_LIST_HEAD(&bfqd->idle_list);
5399         INIT_HLIST_HEAD(&bfqd->burst_list);
5400
5401         bfqd->hw_tag = -1;
5402
5403         bfqd->bfq_max_budget = bfq_default_max_budget;
5404
5405         bfqd->bfq_fifo_expire[0] = bfq_fifo_expire[0];
5406         bfqd->bfq_fifo_expire[1] = bfq_fifo_expire[1];
5407         bfqd->bfq_back_max = bfq_back_max;
5408         bfqd->bfq_back_penalty = bfq_back_penalty;
5409         bfqd->bfq_slice_idle = bfq_slice_idle;
5410         bfqd->bfq_timeout = bfq_timeout;
5411
5412         bfqd->bfq_requests_within_timer = 120;
5413
5414         bfqd->bfq_large_burst_thresh = 8;
5415         bfqd->bfq_burst_interval = msecs_to_jiffies(180);
5416
5417         bfqd->low_latency = true;
5418
5419         /*
5420          * Trade-off between responsiveness and fairness.
5421          */
5422         bfqd->bfq_wr_coeff = 30;
5423         bfqd->bfq_wr_rt_max_time = msecs_to_jiffies(300);
5424         bfqd->bfq_wr_max_time = 0;
5425         bfqd->bfq_wr_min_idle_time = msecs_to_jiffies(2000);
5426         bfqd->bfq_wr_min_inter_arr_async = msecs_to_jiffies(500);
5427         bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate = 7000; /*
5428                                               * Approximate rate required
5429                                               * to playback or record a
5430                                               * high-definition compressed
5431                                               * video.
5432                                               */
5433         bfqd->wr_busy_queues = 0;
5434
5435         /*
5436          * Begin by assuming, optimistically, that the device peak
5437          * rate is equal to 2/3 of the highest reference rate.
5438          */
5439         bfqd->rate_dur_prod = ref_rate[blk_queue_nonrot(bfqd->queue)] *
5440                 ref_wr_duration[blk_queue_nonrot(bfqd->queue)];
5441         bfqd->peak_rate = ref_rate[blk_queue_nonrot(bfqd->queue)] * 2 / 3;
5442
5443         spin_lock_init(&bfqd->lock);
5444
5445         /*
5446          * The invocation of the next bfq_create_group_hierarchy
5447          * function is the head of a chain of function calls
5448          * (bfq_create_group_hierarchy->blkcg_activate_policy->
5449          * blk_mq_freeze_queue) that may lead to the invocation of the
5450          * has_work hook function. For this reason,
5451          * bfq_create_group_hierarchy is invoked only after all
5452          * scheduler data has been initialized, apart from the fields
5453          * that can be initialized only after invoking
5454          * bfq_create_group_hierarchy. This, in particular, enables
5455          * has_work to correctly return false. Of course, to avoid
5456          * other inconsistencies, the blk-mq stack must then refrain
5457          * from invoking further scheduler hooks before this init
5458          * function is finished.
5459          */
5460         bfqd->root_group = bfq_create_group_hierarchy(bfqd, q->node);
5461         if (!bfqd->root_group)
5462                 goto out_free;
5463         bfq_init_root_group(bfqd->root_group, bfqd);
5464         bfq_init_entity(&bfqd->oom_bfqq.entity, bfqd->root_group);
5465
5466         wbt_disable_default(q);
5467         return 0;
5468
5469 out_free:
5470         kfree(bfqd);
5471         kobject_put(&eq->kobj);
5472         return -ENOMEM;
5473 }
5474
5475 static void bfq_slab_kill(void)
5476 {
5477         kmem_cache_destroy(bfq_pool);
5478 }
5479
5480 static int __init bfq_slab_setup(void)
5481 {
5482         bfq_pool = KMEM_CACHE(bfq_queue, 0);
5483         if (!bfq_pool)
5484                 return -ENOMEM;
5485         return 0;
5486 }
5487
5488 static ssize_t bfq_var_show(unsigned int var, char *page)
5489 {
5490         return sprintf(page, "%u\n", var);
5491 }
5492
5493 static int bfq_var_store(unsigned long *var, const char *page)
5494 {
5495         unsigned long new_val;
5496         int ret = kstrtoul(page, 10, &new_val);
5497
5498         if (ret)
5499                 return ret;
5500         *var = new_val;
5501         return 0;
5502 }
5503
5504 #define SHOW_FUNCTION(__FUNC, __VAR, __CONV)                            \
5505 static ssize_t __FUNC(struct elevator_queue *e, char *page)             \
5506 {                                                                       \
5507         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
5508         u64 __data = __VAR;                                             \
5509         if (__CONV == 1)                                                \
5510                 __data = jiffies_to_msecs(__data);                      \
5511         else if (__CONV == 2)                                           \
5512                 __data = div_u64(__data, NSEC_PER_MSEC);                \
5513         return bfq_var_show(__data, (page));                            \
5514 }
5515 SHOW_FUNCTION(bfq_fifo_expire_sync_show, bfqd->bfq_fifo_expire[1], 2);
5516 SHOW_FUNCTION(bfq_fifo_expire_async_show, bfqd->bfq_fifo_expire[0], 2);
5517 SHOW_FUNCTION(bfq_back_seek_max_show, bfqd->bfq_back_max, 0);
5518 SHOW_FUNCTION(bfq_back_seek_penalty_show, bfqd->bfq_back_penalty, 0);
5519 SHOW_FUNCTION(bfq_slice_idle_show, bfqd->bfq_slice_idle, 2);
5520 SHOW_FUNCTION(bfq_max_budget_show, bfqd->bfq_user_max_budget, 0);
5521 SHOW_FUNCTION(bfq_timeout_sync_show, bfqd->bfq_timeout, 1);
5522 SHOW_FUNCTION(bfq_strict_guarantees_show, bfqd->strict_guarantees, 0);
5523 SHOW_FUNCTION(bfq_low_latency_show, bfqd->low_latency, 0);
5524 #undef SHOW_FUNCTION
5525
5526 #define USEC_SHOW_FUNCTION(__FUNC, __VAR)                               \
5527 static ssize_t __FUNC(struct elevator_queue *e, char *page)             \
5528 {                                                                       \
5529         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
5530         u64 __data = __VAR;                                             \
5531         __data = div_u64(__data, NSEC_PER_USEC);                        \
5532         return bfq_var_show(__data, (page));                            \
5533 }
5534 USEC_SHOW_FUNCTION(bfq_slice_idle_us_show, bfqd->bfq_slice_idle);
5535 #undef USEC_SHOW_FUNCTION
5536
5537 #define STORE_FUNCTION(__FUNC, __PTR, MIN, MAX, __CONV)                 \
5538 static ssize_t                                                          \
5539 __FUNC(struct elevator_queue *e, const char *page, size_t count)        \
5540 {                                                                       \
5541         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
5542         unsigned long __data, __min = (MIN), __max = (MAX);             \
5543         int ret;                                                        \
5544                                                                         \
5545         ret = bfq_var_store(&__data, (page));                           \
5546         if (ret)                                                        \
5547                 return ret;                                             \
5548         if (__data < __min)                                             \
5549                 __data = __min;                                         \
5550         else if (__data > __max)                                        \
5551                 __data = __max;                                         \
5552         if (__CONV == 1)                                                \
5553                 *(__PTR) = msecs_to_jiffies(__data);                    \
5554         else if (__CONV == 2)                                           \
5555                 *(__PTR) = (u64)__data * NSEC_PER_MSEC;                 \
5556         else                                                            \
5557                 *(__PTR) = __data;                                      \
5558         return count;                                                   \
5559 }
5560 STORE_FUNCTION(bfq_fifo_expire_sync_store, &bfqd->bfq_fifo_expire[1], 1,
5561                 INT_MAX, 2);
5562 STORE_FUNCTION(bfq_fifo_expire_async_store, &bfqd->bfq_fifo_expire[0], 1,
5563                 INT_MAX, 2);
5564 STORE_FUNCTION(bfq_back_seek_max_store, &bfqd->bfq_back_max, 0, INT_MAX, 0);
5565 STORE_FUNCTION(bfq_back_seek_penalty_store, &bfqd->bfq_back_penalty, 1,
5566                 INT_MAX, 0);
5567 STORE_FUNCTION(bfq_slice_idle_store, &bfqd->bfq_slice_idle, 0, INT_MAX, 2);
5568 #undef STORE_FUNCTION
5569
5570 #define USEC_STORE_FUNCTION(__FUNC, __PTR, MIN, MAX)                    \
5571 static ssize_t __FUNC(struct elevator_queue *e, const char *page, size_t count)\
5572 {                                                                       \
5573         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
5574         unsigned long __data, __min = (MIN), __max = (MAX);             \
5575         int ret;                                                        \
5576                                                                         \
5577         ret = bfq_var_store(&__data, (page));                           \
5578         if (ret)                                                        \
5579                 return ret;                                             \
5580         if (__data < __min)                                             \
5581                 __data = __min;                                         \
5582         else if (__data > __max)                                        \
5583                 __data = __max;                                         \
5584         *(__PTR) = (u64)__data * NSEC_PER_USEC;                         \
5585         return count;                                                   \
5586 }
5587 USEC_STORE_FUNCTION(bfq_slice_idle_us_store, &bfqd->bfq_slice_idle, 0,
5588                     UINT_MAX);
5589 #undef USEC_STORE_FUNCTION
5590
5591 static ssize_t bfq_max_budget_store(struct elevator_queue *e,
5592                                     const char *page, size_t count)
5593 {
5594         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
5595         unsigned long __data;
5596         int ret;
5597
5598         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
5599         if (ret)
5600                 return ret;
5601
5602         if (__data == 0)
5603                 bfqd->bfq_max_budget = bfq_calc_max_budget(bfqd);
5604         else {
5605                 if (__data > INT_MAX)
5606                         __data = INT_MAX;
5607                 bfqd->bfq_max_budget = __data;
5608         }
5609
5610         bfqd->bfq_user_max_budget = __data;
5611
5612         return count;
5613 }
5614
5615 /*
5616  * Leaving this name to preserve name compatibility with cfq
5617  * parameters, but this timeout is used for both sync and async.
5618  */
5619 static ssize_t bfq_timeout_sync_store(struct elevator_queue *e,
5620                                       const char *page, size_t count)
5621 {
5622         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
5623         unsigned long __data;
5624         int ret;
5625
5626         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
5627         if (ret)
5628                 return ret;
5629
5630         if (__data < 1)
5631                 __data = 1;
5632         else if (__data > INT_MAX)
5633                 __data = INT_MAX;
5634
5635         bfqd->bfq_timeout = msecs_to_jiffies(__data);
5636         if (bfqd->bfq_user_max_budget == 0)
5637                 bfqd->bfq_max_budget = bfq_calc_max_budget(bfqd);
5638
5639         return count;
5640 }
5641
5642 static ssize_t bfq_strict_guarantees_store(struct elevator_queue *e,
5643                                      const char *page, size_t count)
5644 {
5645         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
5646         unsigned long __data;
5647         int ret;
5648
5649         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
5650         if (ret)
5651                 return ret;
5652
5653         if (__data > 1)
5654                 __data = 1;
5655         if (!bfqd->strict_guarantees && __data == 1
5656             && bfqd->bfq_slice_idle < 8 * NSEC_PER_MSEC)
5657                 bfqd->bfq_slice_idle = 8 * NSEC_PER_MSEC;
5658
5659         bfqd->strict_guarantees = __data;
5660
5661         return count;
5662 }
5663
5664 static ssize_t bfq_low_latency_store(struct elevator_queue *e,
5665                                      const char *page, size_t count)
5666 {
5667         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
5668         unsigned long __data;
5669         int ret;
5670
5671         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
5672         if (ret)
5673                 return ret;
5674
5675         if (__data > 1)
5676                 __data = 1;
5677         if (__data == 0 && bfqd->low_latency != 0)
5678                 bfq_end_wr(bfqd);
5679         bfqd->low_latency = __data;
5680
5681         return count;
5682 }
5683
5684 #define BFQ_ATTR(name) \
5685         __ATTR(name, 0644, bfq_##name##_show, bfq_##name##_store)
5686
5687 static struct elv_fs_entry bfq_attrs[] = {
5688         BFQ_ATTR(fifo_expire_sync),
5689         BFQ_ATTR(fifo_expire_async),
5690         BFQ_ATTR(back_seek_max),
5691         BFQ_ATTR(back_seek_penalty),
5692         BFQ_ATTR(slice_idle),
5693         BFQ_ATTR(slice_idle_us),
5694         BFQ_ATTR(max_budget),
5695         BFQ_ATTR(timeout_sync),
5696         BFQ_ATTR(strict_guarantees),
5697         BFQ_ATTR(low_latency),
5698         __ATTR_NULL
5699 };
5700
5701 static struct elevator_type iosched_bfq_mq = {
5702         .ops.mq = {
5703                 .limit_depth            = bfq_limit_depth,
5704                 .prepare_request        = bfq_prepare_request,
5705                 .requeue_request        = bfq_finish_requeue_request,
5706                 .finish_request         = bfq_finish_requeue_request,
5707                 .exit_icq               = bfq_exit_icq,
5708                 .insert_requests        = bfq_insert_requests,
5709                 .dispatch_request       = bfq_dispatch_request,
5710                 .next_request           = elv_rb_latter_request,
5711                 .former_request         = elv_rb_former_request,
5712                 .allow_merge            = bfq_allow_bio_merge,
5713                 .bio_merge              = bfq_bio_merge,
5714                 .request_merge          = bfq_request_merge,
5715                 .requests_merged        = bfq_requests_merged,
5716                 .request_merged         = bfq_request_merged,
5717                 .has_work               = bfq_has_work,
5718                 .init_hctx              = bfq_init_hctx,
5719                 .init_sched             = bfq_init_queue,
5720                 .exit_sched             = bfq_exit_queue,
5721         },
5722
5723         .uses_mq =              true,
5724         .icq_size =             sizeof(struct bfq_io_cq),
5725         .icq_align =            __alignof__(struct bfq_io_cq),
5726         .elevator_attrs =       bfq_attrs,
5727         .elevator_name =        "bfq",
5728         .elevator_owner =       THIS_MODULE,
5729 };
5730 MODULE_ALIAS("bfq-iosched");
5731
5732 static int __init bfq_init(void)
5733 {
5734         int ret;
5735
5736 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
5737         ret = blkcg_policy_register(&blkcg_policy_bfq);
5738         if (ret)
5739                 return ret;
5740 #endif
5741
5742         ret = -ENOMEM;
5743         if (bfq_slab_setup())
5744                 goto err_pol_unreg;
5745
5746         /*
5747          * Times to load large popular applications for the typical
5748          * systems installed on the reference devices (see the
5749          * comments before the definition of the next
5750          * array). Actually, we use slightly lower values, as the
5751          * estimated peak rate tends to be smaller than the actual
5752          * peak rate.  The reason for this last fact is that estimates
5753          * are computed over much shorter time intervals than the long
5754          * intervals typically used for benchmarking. Why? First, to
5755          * adapt more quickly to variations. Second, because an I/O
5756          * scheduler cannot rely on a peak-rate-evaluation workload to
5757          * be run for a long time.
5758          */
5759         ref_wr_duration[0] = msecs_to_jiffies(7000); /* actually 8 sec */
5760         ref_wr_duration[1] = msecs_to_jiffies(2500); /* actually 3 sec */
5761
5762         ret = elv_register(&iosched_bfq_mq);
5763         if (ret)
5764                 goto slab_kill;
5765
5766         return 0;
5767
5768 slab_kill:
5769         bfq_slab_kill();
5770 err_pol_unreg:
5771 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
5772         blkcg_policy_unregister(&blkcg_policy_bfq);
5773 #endif
5774         return ret;
5775 }
5776
5777 static void __exit bfq_exit(void)
5778 {
5779         elv_unregister(&iosched_bfq_mq);
5780 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
5781         blkcg_policy_unregister(&blkcg_policy_bfq);
5782 #endif
5783         bfq_slab_kill();
5784 }
5785
5786 module_init(bfq_init);
5787 module_exit(bfq_exit);
5788
5789 MODULE_AUTHOR("Paolo Valente");
5790 MODULE_LICENSE("GPL");
5791 MODULE_DESCRIPTION("MQ Budget Fair Queueing I/O Scheduler");