btrfs: move volume_mutex to callers of btrfs_rm_device
[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. This feature enables
53  * BFQ to provide applications in these classes with a very low
54  * latency. Finally, BFQ also features additional heuristics for
55  * preserving both a low latency and a high throughput on NCQ-capable,
56  * rotational or flash-based devices, and to get the job done quickly
57  * for applications consisting in many I/O-bound processes.
58  *
59  * NOTE: if the main or only goal, with a given device, is to achieve
60  * the maximum-possible throughput at all times, then do switch off
61  * all low-latency heuristics for that device, by setting low_latency
62  * to 0.
63  *
64  * BFQ is described in [1], where also a reference to the initial, more
65  * theoretical paper on BFQ can be found. The interested reader can find
66  * in the latter paper full details on the main algorithm, as well as
67  * formulas of the guarantees and formal proofs of all the properties.
68  * With respect to the version of BFQ presented in these papers, this
69  * implementation adds a few more heuristics, such as the one that
70  * guarantees a low latency to soft real-time applications, and a
71  * hierarchical extension based on H-WF2Q+.
72  *
73  * B-WF2Q+ is based on WF2Q+, which is described in [2], together with
74  * H-WF2Q+, while the augmented tree used here to implement B-WF2Q+
75  * with O(log N) complexity derives from the one introduced with EEVDF
76  * in [3].
77  *
78  * [1] P. Valente, A. Avanzini, "Evolution of the BFQ Storage I/O
79  *     Scheduler", Proceedings of the First Workshop on Mobile System
80  *     Technologies (MST-2015), May 2015.
81  *     http://algogroup.unimore.it/people/paolo/disk_sched/mst-2015.pdf
82  *
83  * [2] Jon C.R. Bennett and H. Zhang, "Hierarchical Packet Fair Queueing
84  *     Algorithms", IEEE/ACM Transactions on Networking, 5(5):675-689,
85  *     Oct 1997.
86  *
87  * http://www.cs.cmu.edu/~hzhang/papers/TON-97-Oct.ps.gz
88  *
89  * [3] I. Stoica and H. Abdel-Wahab, "Earliest Eligible Virtual Deadline
90  *     First: A Flexible and Accurate Mechanism for Proportional Share
91  *     Resource Allocation", technical report.
92  *
93  * http://www.cs.berkeley.edu/~istoica/papers/eevdf-tr-95.pdf
94  */
95 #include <linux/module.h>
96 #include <linux/slab.h>
97 #include <linux/blkdev.h>
98 #include <linux/cgroup.h>
99 #include <linux/elevator.h>
100 #include <linux/ktime.h>
101 #include <linux/rbtree.h>
102 #include <linux/ioprio.h>
103 #include <linux/sbitmap.h>
104 #include <linux/delay.h>
105
106 #include "blk.h"
107 #include "blk-mq.h"
108 #include "blk-mq-tag.h"
109 #include "blk-mq-sched.h"
110 #include "bfq-iosched.h"
111 #include "blk-wbt.h"
112
113 #define BFQ_BFQQ_FNS(name)                                              \
114 void bfq_mark_bfqq_##name(struct bfq_queue *bfqq)                       \
115 {                                                                       \
116         __set_bit(BFQQF_##name, &(bfqq)->flags);                        \
117 }                                                                       \
118 void bfq_clear_bfqq_##name(struct bfq_queue *bfqq)                      \
119 {                                                                       \
120         __clear_bit(BFQQF_##name, &(bfqq)->flags);              \
121 }                                                                       \
122 int bfq_bfqq_##name(const struct bfq_queue *bfqq)                       \
123 {                                                                       \
124         return test_bit(BFQQF_##name, &(bfqq)->flags);          \
125 }
126
127 BFQ_BFQQ_FNS(just_created);
128 BFQ_BFQQ_FNS(busy);
129 BFQ_BFQQ_FNS(wait_request);
130 BFQ_BFQQ_FNS(non_blocking_wait_rq);
131 BFQ_BFQQ_FNS(fifo_expire);
132 BFQ_BFQQ_FNS(has_short_ttime);
133 BFQ_BFQQ_FNS(sync);
134 BFQ_BFQQ_FNS(IO_bound);
135 BFQ_BFQQ_FNS(in_large_burst);
136 BFQ_BFQQ_FNS(coop);
137 BFQ_BFQQ_FNS(split_coop);
138 BFQ_BFQQ_FNS(softrt_update);
139 #undef BFQ_BFQQ_FNS                                             \
140
141 /* Expiration time of sync (0) and async (1) requests, in ns. */
142 static const u64 bfq_fifo_expire[2] = { NSEC_PER_SEC / 4, NSEC_PER_SEC / 8 };
143
144 /* Maximum backwards seek (magic number lifted from CFQ), in KiB. */
145 static const int bfq_back_max = 16 * 1024;
146
147 /* Penalty of a backwards seek, in number of sectors. */
148 static const int bfq_back_penalty = 2;
149
150 /* Idling period duration, in ns. */
151 static u64 bfq_slice_idle = NSEC_PER_SEC / 125;
152
153 /* Minimum number of assigned budgets for which stats are safe to compute. */
154 static const int bfq_stats_min_budgets = 194;
155
156 /* Default maximum budget values, in sectors and number of requests. */
157 static const int bfq_default_max_budget = 16 * 1024;
158
159 /*
160  * Async to sync throughput distribution is controlled as follows:
161  * when an async request is served, the entity is charged the number
162  * of sectors of the request, multiplied by the factor below
163  */
164 static const int bfq_async_charge_factor = 10;
165
166 /* Default timeout values, in jiffies, approximating CFQ defaults. */
167 const int bfq_timeout = HZ / 8;
168
169 /*
170  * Time limit for merging (see comments in bfq_setup_cooperator). Set
171  * to the slowest value that, in our tests, proved to be effective in
172  * removing false positives, while not causing true positives to miss
173  * queue merging.
174  *
175  * As can be deduced from the low time limit below, queue merging, if
176  * successful, happens at the very beggining of the I/O of the involved
177  * cooperating processes, as a consequence of the arrival of the very
178  * first requests from each cooperator.  After that, there is very
179  * little chance to find cooperators.
180  */
181 static const unsigned long bfq_merge_time_limit = HZ/10;
182
183 static struct kmem_cache *bfq_pool;
184
185 /* Below this threshold (in ns), we consider thinktime immediate. */
186 #define BFQ_MIN_TT              (2 * NSEC_PER_MSEC)
187
188 /* hw_tag detection: parallel requests threshold and min samples needed. */
189 #define BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD  4
190 #define BFQ_HW_QUEUE_SAMPLES    32
191
192 #define BFQQ_SEEK_THR           (sector_t)(8 * 100)
193 #define BFQQ_SECT_THR_NONROT    (sector_t)(2 * 32)
194 #define BFQQ_CLOSE_THR          (sector_t)(8 * 1024)
195 #define BFQQ_SEEKY(bfqq)        (hweight32(bfqq->seek_history) > 19)
196
197 /* Min number of samples required to perform peak-rate update */
198 #define BFQ_RATE_MIN_SAMPLES    32
199 /* Min observation time interval required to perform a peak-rate update (ns) */
200 #define BFQ_RATE_MIN_INTERVAL   (300*NSEC_PER_MSEC)
201 /* Target observation time interval for a peak-rate update (ns) */
202 #define BFQ_RATE_REF_INTERVAL   NSEC_PER_SEC
203
204 /*
205  * Shift used for peak-rate fixed precision calculations.
206  * With
207  * - the current shift: 16 positions
208  * - the current type used to store rate: u32
209  * - the current unit of measure for rate: [sectors/usec], or, more precisely,
210  *   [(sectors/usec) / 2^BFQ_RATE_SHIFT] to take into account the shift,
211  * the range of rates that can be stored is
212  * [1 / 2^BFQ_RATE_SHIFT, 2^(32 - BFQ_RATE_SHIFT)] sectors/usec =
213  * [1 / 2^16, 2^16] sectors/usec = [15e-6, 65536] sectors/usec =
214  * [15, 65G] sectors/sec
215  * Which, assuming a sector size of 512B, corresponds to a range of
216  * [7.5K, 33T] B/sec
217  */
218 #define BFQ_RATE_SHIFT          16
219
220 /*
221  * By default, BFQ computes the duration of the weight raising for
222  * interactive applications automatically, using the following formula:
223  * duration = (R / r) * T, where r is the peak rate of the device, and
224  * R and T are two reference parameters.
225  * In particular, R is the peak rate of the reference device (see
226  * below), and T is a reference time: given the systems that are
227  * likely to be installed on the reference device according to its
228  * speed class, T is about the maximum time needed, under BFQ and
229  * while reading two files in parallel, to load typical large
230  * applications on these systems (see the comments on
231  * max_service_from_wr below, for more details on how T is obtained).
232  * In practice, the slower/faster the device at hand is, the more/less
233  * it takes to load applications with respect to the reference device.
234  * Accordingly, the longer/shorter BFQ grants weight raising to
235  * interactive applications.
236  *
237  * BFQ uses four different reference pairs (R, T), depending on:
238  * . whether the device is rotational or non-rotational;
239  * . whether the device is slow, such as old or portable HDDs, as well as
240  *   SD cards, or fast, such as newer HDDs and SSDs.
241  *
242  * The device's speed class is dynamically (re)detected in
243  * bfq_update_peak_rate() every time the estimated peak rate is updated.
244  *
245  * In the following definitions, R_slow[0]/R_fast[0] and
246  * T_slow[0]/T_fast[0] are the reference values for a slow/fast
247  * rotational device, whereas R_slow[1]/R_fast[1] and
248  * T_slow[1]/T_fast[1] are the reference values for a slow/fast
249  * non-rotational device. Finally, device_speed_thresh are the
250  * thresholds used to switch between speed classes. The reference
251  * rates are not the actual peak rates of the devices used as a
252  * reference, but slightly lower values. The reason for using these
253  * slightly lower values is that the peak-rate estimator tends to
254  * yield slightly lower values than the actual peak rate (it can yield
255  * the actual peak rate only if there is only one process doing I/O,
256  * and the process does sequential I/O).
257  *
258  * Both the reference peak rates and the thresholds are measured in
259  * sectors/usec, left-shifted by BFQ_RATE_SHIFT.
260  */
261 static int R_slow[2] = {1000, 10700};
262 static int R_fast[2] = {14000, 33000};
263 /*
264  * To improve readability, a conversion function is used to initialize the
265  * following arrays, which entails that they can be initialized only in a
266  * function.
267  */
268 static int T_slow[2];
269 static int T_fast[2];
270 static int device_speed_thresh[2];
271
272 /*
273  * BFQ uses the above-detailed, time-based weight-raising mechanism to
274  * privilege interactive tasks. This mechanism is vulnerable to the
275  * following false positives: I/O-bound applications that will go on
276  * doing I/O for much longer than the duration of weight
277  * raising. These applications have basically no benefit from being
278  * weight-raised at the beginning of their I/O. On the opposite end,
279  * while being weight-raised, these applications
280  * a) unjustly steal throughput to applications that may actually need
281  * low latency;
282  * b) make BFQ uselessly perform device idling; device idling results
283  * in loss of device throughput with most flash-based storage, and may
284  * increase latencies when used purposelessly.
285  *
286  * BFQ tries to reduce these problems, by adopting the following
287  * countermeasure. To introduce this countermeasure, we need first to
288  * finish explaining how the duration of weight-raising for
289  * interactive tasks is computed.
290  *
291  * For a bfq_queue deemed as interactive, the duration of weight
292  * raising is dynamically adjusted, as a function of the estimated
293  * peak rate of the device, so as to be equal to the time needed to
294  * execute the 'largest' interactive task we benchmarked so far. By
295  * largest task, we mean the task for which each involved process has
296  * to do more I/O than for any of the other tasks we benchmarked. This
297  * reference interactive task is the start-up of LibreOffice Writer,
298  * and in this task each process/bfq_queue needs to have at most ~110K
299  * sectors transferred.
300  *
301  * This last piece of information enables BFQ to reduce the actual
302  * duration of weight-raising for at least one class of I/O-bound
303  * applications: those doing sequential or quasi-sequential I/O. An
304  * example is file copy. In fact, once started, the main I/O-bound
305  * processes of these applications usually consume the above 110K
306  * sectors in much less time than the processes of an application that
307  * is starting, because these I/O-bound processes will greedily devote
308  * almost all their CPU cycles only to their target,
309  * throughput-friendly I/O operations. This is even more true if BFQ
310  * happens to be underestimating the device peak rate, and thus
311  * overestimating the duration of weight raising. But, according to
312  * our measurements, once transferred 110K sectors, these processes
313  * have no right to be weight-raised any longer.
314  *
315  * Basing on the last consideration, BFQ ends weight-raising for a
316  * bfq_queue if the latter happens to have received an amount of
317  * service at least equal to the following constant. The constant is
318  * set to slightly more than 110K, to have a minimum safety margin.
319  *
320  * This early ending of weight-raising reduces the amount of time
321  * during which interactive false positives cause the two problems
322  * described at the beginning of these comments.
323  */
324 static const unsigned long max_service_from_wr = 120000;
325
326 #define RQ_BIC(rq)              icq_to_bic((rq)->elv.priv[0])
327 #define RQ_BFQQ(rq)             ((rq)->elv.priv[1])
328
329 struct bfq_queue *bic_to_bfqq(struct bfq_io_cq *bic, bool is_sync)
330 {
331         return bic->bfqq[is_sync];
332 }
333
334 void bic_set_bfqq(struct bfq_io_cq *bic, struct bfq_queue *bfqq, bool is_sync)
335 {
336         bic->bfqq[is_sync] = bfqq;
337 }
338
339 struct bfq_data *bic_to_bfqd(struct bfq_io_cq *bic)
340 {
341         return bic->icq.q->elevator->elevator_data;
342 }
343
344 /**
345  * icq_to_bic - convert iocontext queue structure to bfq_io_cq.
346  * @icq: the iocontext queue.
347  */
348 static struct bfq_io_cq *icq_to_bic(struct io_cq *icq)
349 {
350         /* bic->icq is the first member, %NULL will convert to %NULL */
351         return container_of(icq, struct bfq_io_cq, icq);
352 }
353
354 /**
355  * bfq_bic_lookup - search into @ioc a bic associated to @bfqd.
356  * @bfqd: the lookup key.
357  * @ioc: the io_context of the process doing I/O.
358  * @q: the request queue.
359  */
360 static struct bfq_io_cq *bfq_bic_lookup(struct bfq_data *bfqd,
361                                         struct io_context *ioc,
362                                         struct request_queue *q)
363 {
364         if (ioc) {
365                 unsigned long flags;
366                 struct bfq_io_cq *icq;
367
368                 spin_lock_irqsave(q->queue_lock, flags);
369                 icq = icq_to_bic(ioc_lookup_icq(ioc, q));
370                 spin_unlock_irqrestore(q->queue_lock, flags);
371
372                 return icq;
373         }
374
375         return NULL;
376 }
377
378 /*
379  * Scheduler run of queue, if there are requests pending and no one in the
380  * driver that will restart queueing.
381  */
382 void bfq_schedule_dispatch(struct bfq_data *bfqd)
383 {
384         if (bfqd->queued != 0) {
385                 bfq_log(bfqd, "schedule dispatch");
386                 blk_mq_run_hw_queues(bfqd->queue, true);
387         }
388 }
389
390 #define bfq_class_idle(bfqq)    ((bfqq)->ioprio_class == IOPRIO_CLASS_IDLE)
391 #define bfq_class_rt(bfqq)      ((bfqq)->ioprio_class == IOPRIO_CLASS_RT)
392
393 #define bfq_sample_valid(samples)       ((samples) > 80)
394
395 /*
396  * Lifted from AS - choose which of rq1 and rq2 that is best served now.
397  * We choose the request that is closesr to the head right now.  Distance
398  * behind the head is penalized and only allowed to a certain extent.
399  */
400 static struct request *bfq_choose_req(struct bfq_data *bfqd,
401                                       struct request *rq1,
402                                       struct request *rq2,
403                                       sector_t last)
404 {
405         sector_t s1, s2, d1 = 0, d2 = 0;
406         unsigned long back_max;
407 #define BFQ_RQ1_WRAP    0x01 /* request 1 wraps */
408 #define BFQ_RQ2_WRAP    0x02 /* request 2 wraps */
409         unsigned int wrap = 0; /* bit mask: requests behind the disk head? */
410
411         if (!rq1 || rq1 == rq2)
412                 return rq2;
413         if (!rq2)
414                 return rq1;
415
416         if (rq_is_sync(rq1) && !rq_is_sync(rq2))
417                 return rq1;
418         else if (rq_is_sync(rq2) && !rq_is_sync(rq1))
419                 return rq2;
420         if ((rq1->cmd_flags & REQ_META) && !(rq2->cmd_flags & REQ_META))
421                 return rq1;
422         else if ((rq2->cmd_flags & REQ_META) && !(rq1->cmd_flags & REQ_META))
423                 return rq2;
424
425         s1 = blk_rq_pos(rq1);
426         s2 = blk_rq_pos(rq2);
427
428         /*
429          * By definition, 1KiB is 2 sectors.
430          */
431         back_max = bfqd->bfq_back_max * 2;
432
433         /*
434          * Strict one way elevator _except_ in the case where we allow
435          * short backward seeks which are biased as twice the cost of a
436          * similar forward seek.
437          */
438         if (s1 >= last)
439                 d1 = s1 - last;
440         else if (s1 + back_max >= last)
441                 d1 = (last - s1) * bfqd->bfq_back_penalty;
442         else
443                 wrap |= BFQ_RQ1_WRAP;
444
445         if (s2 >= last)
446                 d2 = s2 - last;
447         else if (s2 + back_max >= last)
448                 d2 = (last - s2) * bfqd->bfq_back_penalty;
449         else
450                 wrap |= BFQ_RQ2_WRAP;
451
452         /* Found required data */
453
454         /*
455          * By doing switch() on the bit mask "wrap" we avoid having to
456          * check two variables for all permutations: --> faster!
457          */
458         switch (wrap) {
459         case 0: /* common case for CFQ: rq1 and rq2 not wrapped */
460                 if (d1 < d2)
461                         return rq1;
462                 else if (d2 < d1)
463                         return rq2;
464
465                 if (s1 >= s2)
466                         return rq1;
467                 else
468                         return rq2;
469
470         case BFQ_RQ2_WRAP:
471                 return rq1;
472         case BFQ_RQ1_WRAP:
473                 return rq2;
474         case BFQ_RQ1_WRAP|BFQ_RQ2_WRAP: /* both rqs wrapped */
475         default:
476                 /*
477                  * Since both rqs are wrapped,
478                  * start with the one that's further behind head
479                  * (--> only *one* back seek required),
480                  * since back seek takes more time than forward.
481                  */
482                 if (s1 <= s2)
483                         return rq1;
484                 else
485                         return rq2;
486         }
487 }
488
489 /*
490  * See the comments on bfq_limit_depth for the purpose of
491  * the depths set in the function.
492  */
493 static void bfq_update_depths(struct bfq_data *bfqd, struct sbitmap_queue *bt)
494 {
495         bfqd->sb_shift = bt->sb.shift;
496
497         /*
498          * In-word depths if no bfq_queue is being weight-raised:
499          * leaving 25% of tags only for sync reads.
500          *
501          * In next formulas, right-shift the value
502          * (1U<<bfqd->sb_shift), instead of computing directly
503          * (1U<<(bfqd->sb_shift - something)), to be robust against
504          * any possible value of bfqd->sb_shift, without having to
505          * limit 'something'.
506          */
507         /* no more than 50% of tags for async I/O */
508         bfqd->word_depths[0][0] = max((1U<<bfqd->sb_shift)>>1, 1U);
509         /*
510          * no more than 75% of tags for sync writes (25% extra tags
511          * w.r.t. async I/O, to prevent async I/O from starving sync
512          * writes)
513          */
514         bfqd->word_depths[0][1] = max(((1U<<bfqd->sb_shift) * 3)>>2, 1U);
515
516         /*
517          * In-word depths in case some bfq_queue is being weight-
518          * raised: leaving ~63% of tags for sync reads. This is the
519          * highest percentage for which, in our tests, application
520          * start-up times didn't suffer from any regression due to tag
521          * shortage.
522          */
523         /* no more than ~18% of tags for async I/O */
524         bfqd->word_depths[1][0] = max(((1U<<bfqd->sb_shift) * 3)>>4, 1U);
525         /* no more than ~37% of tags for sync writes (~20% extra tags) */
526         bfqd->word_depths[1][1] = max(((1U<<bfqd->sb_shift) * 6)>>4, 1U);
527 }
528
529 /*
530  * Async I/O can easily starve sync I/O (both sync reads and sync
531  * writes), by consuming all tags. Similarly, storms of sync writes,
532  * such as those that sync(2) may trigger, can starve sync reads.
533  * Limit depths of async I/O and sync writes so as to counter both
534  * problems.
535  */
536 static void bfq_limit_depth(unsigned int op, struct blk_mq_alloc_data *data)
537 {
538         struct blk_mq_tags *tags = blk_mq_tags_from_data(data);
539         struct bfq_data *bfqd = data->q->elevator->elevator_data;
540         struct sbitmap_queue *bt;
541
542         if (op_is_sync(op) && !op_is_write(op))
543                 return;
544
545         if (data->flags & BLK_MQ_REQ_RESERVED) {
546                 if (unlikely(!tags->nr_reserved_tags)) {
547                         WARN_ON_ONCE(1);
548                         return;
549                 }
550                 bt = &tags->breserved_tags;
551         } else
552                 bt = &tags->bitmap_tags;
553
554         if (unlikely(bfqd->sb_shift != bt->sb.shift))
555                 bfq_update_depths(bfqd, bt);
556
557         data->shallow_depth =
558                 bfqd->word_depths[!!bfqd->wr_busy_queues][op_is_sync(op)];
559
560         bfq_log(bfqd, "[%s] wr_busy %d sync %d depth %u",
561                         __func__, bfqd->wr_busy_queues, op_is_sync(op),
562                         data->shallow_depth);
563 }
564
565 static struct bfq_queue *
566 bfq_rq_pos_tree_lookup(struct bfq_data *bfqd, struct rb_root *root,
567                      sector_t sector, struct rb_node **ret_parent,
568                      struct rb_node ***rb_link)
569 {
570         struct rb_node **p, *parent;
571         struct bfq_queue *bfqq = NULL;
572
573         parent = NULL;
574         p = &root->rb_node;
575         while (*p) {
576                 struct rb_node **n;
577
578                 parent = *p;
579                 bfqq = rb_entry(parent, struct bfq_queue, pos_node);
580
581                 /*
582                  * Sort strictly based on sector. Smallest to the left,
583                  * largest to the right.
584                  */
585                 if (sector > blk_rq_pos(bfqq->next_rq))
586                         n = &(*p)->rb_right;
587                 else if (sector < blk_rq_pos(bfqq->next_rq))
588                         n = &(*p)->rb_left;
589                 else
590                         break;
591                 p = n;
592                 bfqq = NULL;
593         }
594
595         *ret_parent = parent;
596         if (rb_link)
597                 *rb_link = p;
598
599         bfq_log(bfqd, "rq_pos_tree_lookup %llu: returning %d",
600                 (unsigned long long)sector,
601                 bfqq ? bfqq->pid : 0);
602
603         return bfqq;
604 }
605
606 static bool bfq_too_late_for_merging(struct bfq_queue *bfqq)
607 {
608         return bfqq->service_from_backlogged > 0 &&
609                 time_is_before_jiffies(bfqq->first_IO_time +
610                                        bfq_merge_time_limit);
611 }
612
613 void bfq_pos_tree_add_move(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
614 {
615         struct rb_node **p, *parent;
616         struct bfq_queue *__bfqq;
617
618         if (bfqq->pos_root) {
619                 rb_erase(&bfqq->pos_node, bfqq->pos_root);
620                 bfqq->pos_root = NULL;
621         }
622
623         /*
624          * bfqq cannot be merged any longer (see comments in
625          * bfq_setup_cooperator): no point in adding bfqq into the
626          * position tree.
627          */
628         if (bfq_too_late_for_merging(bfqq))
629                 return;
630
631         if (bfq_class_idle(bfqq))
632                 return;
633         if (!bfqq->next_rq)
634                 return;
635
636         bfqq->pos_root = &bfq_bfqq_to_bfqg(bfqq)->rq_pos_tree;
637         __bfqq = bfq_rq_pos_tree_lookup(bfqd, bfqq->pos_root,
638                         blk_rq_pos(bfqq->next_rq), &parent, &p);
639         if (!__bfqq) {
640                 rb_link_node(&bfqq->pos_node, parent, p);
641                 rb_insert_color(&bfqq->pos_node, bfqq->pos_root);
642         } else
643                 bfqq->pos_root = NULL;
644 }
645
646 /*
647  * Tell whether there are active queues or groups with differentiated weights.
648  */
649 static bool bfq_differentiated_weights(struct bfq_data *bfqd)
650 {
651         /*
652          * For weights to differ, at least one of the trees must contain
653          * at least two nodes.
654          */
655         return (!RB_EMPTY_ROOT(&bfqd->queue_weights_tree) &&
656                 (bfqd->queue_weights_tree.rb_node->rb_left ||
657                  bfqd->queue_weights_tree.rb_node->rb_right)
658 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
659                ) ||
660                (!RB_EMPTY_ROOT(&bfqd->group_weights_tree) &&
661                 (bfqd->group_weights_tree.rb_node->rb_left ||
662                  bfqd->group_weights_tree.rb_node->rb_right)
663 #endif
664                );
665 }
666
667 /*
668  * The following function returns true if every queue must receive the
669  * same share of the throughput (this condition is used when deciding
670  * whether idling may be disabled, see the comments in the function
671  * bfq_bfqq_may_idle()).
672  *
673  * Such a scenario occurs when:
674  * 1) all active queues have the same weight,
675  * 2) all active groups at the same level in the groups tree have the same
676  *    weight,
677  * 3) all active groups at the same level in the groups tree have the same
678  *    number of children.
679  *
680  * Unfortunately, keeping the necessary state for evaluating exactly the
681  * above symmetry conditions would be quite complex and time-consuming.
682  * Therefore this function evaluates, instead, the following stronger
683  * sub-conditions, for which it is much easier to maintain the needed
684  * state:
685  * 1) all active queues have the same weight,
686  * 2) all active groups have the same weight,
687  * 3) all active groups have at most one active child each.
688  * In particular, the last two conditions are always true if hierarchical
689  * support and the cgroups interface are not enabled, thus no state needs
690  * to be maintained in this case.
691  */
692 static bool bfq_symmetric_scenario(struct bfq_data *bfqd)
693 {
694         return !bfq_differentiated_weights(bfqd);
695 }
696
697 /*
698  * If the weight-counter tree passed as input contains no counter for
699  * the weight of the input entity, then add that counter; otherwise just
700  * increment the existing counter.
701  *
702  * Note that weight-counter trees contain few nodes in mostly symmetric
703  * scenarios. For example, if all queues have the same weight, then the
704  * weight-counter tree for the queues may contain at most one node.
705  * This holds even if low_latency is on, because weight-raised queues
706  * are not inserted in the tree.
707  * In most scenarios, the rate at which nodes are created/destroyed
708  * should be low too.
709  */
710 void bfq_weights_tree_add(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_entity *entity,
711                           struct rb_root *root)
712 {
713         struct rb_node **new = &(root->rb_node), *parent = NULL;
714
715         /*
716          * Do not insert if the entity is already associated with a
717          * counter, which happens if:
718          *   1) the entity is associated with a queue,
719          *   2) a request arrival has caused the queue to become both
720          *      non-weight-raised, and hence change its weight, and
721          *      backlogged; in this respect, each of the two events
722          *      causes an invocation of this function,
723          *   3) this is the invocation of this function caused by the
724          *      second event. This second invocation is actually useless,
725          *      and we handle this fact by exiting immediately. More
726          *      efficient or clearer solutions might possibly be adopted.
727          */
728         if (entity->weight_counter)
729                 return;
730
731         while (*new) {
732                 struct bfq_weight_counter *__counter = container_of(*new,
733                                                 struct bfq_weight_counter,
734                                                 weights_node);
735                 parent = *new;
736
737                 if (entity->weight == __counter->weight) {
738                         entity->weight_counter = __counter;
739                         goto inc_counter;
740                 }
741                 if (entity->weight < __counter->weight)
742                         new = &((*new)->rb_left);
743                 else
744                         new = &((*new)->rb_right);
745         }
746
747         entity->weight_counter = kzalloc(sizeof(struct bfq_weight_counter),
748                                          GFP_ATOMIC);
749
750         /*
751          * In the unlucky event of an allocation failure, we just
752          * exit. This will cause the weight of entity to not be
753          * considered in bfq_differentiated_weights, which, in its
754          * turn, causes the scenario to be deemed wrongly symmetric in
755          * case entity's weight would have been the only weight making
756          * the scenario asymmetric. On the bright side, no unbalance
757          * will however occur when entity becomes inactive again (the
758          * invocation of this function is triggered by an activation
759          * of entity). In fact, bfq_weights_tree_remove does nothing
760          * if !entity->weight_counter.
761          */
762         if (unlikely(!entity->weight_counter))
763                 return;
764
765         entity->weight_counter->weight = entity->weight;
766         rb_link_node(&entity->weight_counter->weights_node, parent, new);
767         rb_insert_color(&entity->weight_counter->weights_node, root);
768
769 inc_counter:
770         entity->weight_counter->num_active++;
771 }
772
773 /*
774  * Decrement the weight counter associated with the entity, and, if the
775  * counter reaches 0, remove the counter from the tree.
776  * See the comments to the function bfq_weights_tree_add() for considerations
777  * about overhead.
778  */
779 void bfq_weights_tree_remove(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_entity *entity,
780                              struct rb_root *root)
781 {
782         if (!entity->weight_counter)
783                 return;
784
785         entity->weight_counter->num_active--;
786         if (entity->weight_counter->num_active > 0)
787                 goto reset_entity_pointer;
788
789         rb_erase(&entity->weight_counter->weights_node, root);
790         kfree(entity->weight_counter);
791
792 reset_entity_pointer:
793         entity->weight_counter = NULL;
794 }
795
796 /*
797  * Return expired entry, or NULL to just start from scratch in rbtree.
798  */
799 static struct request *bfq_check_fifo(struct bfq_queue *bfqq,
800                                       struct request *last)
801 {
802         struct request *rq;
803
804         if (bfq_bfqq_fifo_expire(bfqq))
805                 return NULL;
806
807         bfq_mark_bfqq_fifo_expire(bfqq);
808
809         rq = rq_entry_fifo(bfqq->fifo.next);
810
811         if (rq == last || ktime_get_ns() < rq->fifo_time)
812                 return NULL;
813
814         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "check_fifo: returned %p", rq);
815         return rq;
816 }
817
818 static struct request *bfq_find_next_rq(struct bfq_data *bfqd,
819                                         struct bfq_queue *bfqq,
820                                         struct request *last)
821 {
822         struct rb_node *rbnext = rb_next(&last->rb_node);
823         struct rb_node *rbprev = rb_prev(&last->rb_node);
824         struct request *next, *prev = NULL;
825
826         /* Follow expired path, else get first next available. */
827         next = bfq_check_fifo(bfqq, last);
828         if (next)
829                 return next;
830
831         if (rbprev)
832                 prev = rb_entry_rq(rbprev);
833
834         if (rbnext)
835                 next = rb_entry_rq(rbnext);
836         else {
837                 rbnext = rb_first(&bfqq->sort_list);
838                 if (rbnext && rbnext != &last->rb_node)
839                         next = rb_entry_rq(rbnext);
840         }
841
842         return bfq_choose_req(bfqd, next, prev, blk_rq_pos(last));
843 }
844
845 /* see the definition of bfq_async_charge_factor for details */
846 static unsigned long bfq_serv_to_charge(struct request *rq,
847                                         struct bfq_queue *bfqq)
848 {
849         if (bfq_bfqq_sync(bfqq) || bfqq->wr_coeff > 1)
850                 return blk_rq_sectors(rq);
851
852         /*
853          * If there are no weight-raised queues, then amplify service
854          * by just the async charge factor; otherwise amplify service
855          * by twice the async charge factor, to further reduce latency
856          * for weight-raised queues.
857          */
858         if (bfqq->bfqd->wr_busy_queues == 0)
859                 return blk_rq_sectors(rq) * bfq_async_charge_factor;
860
861         return blk_rq_sectors(rq) * 2 * bfq_async_charge_factor;
862 }
863
864 /**
865  * bfq_updated_next_req - update the queue after a new next_rq selection.
866  * @bfqd: the device data the queue belongs to.
867  * @bfqq: the queue to update.
868  *
869  * If the first request of a queue changes we make sure that the queue
870  * has enough budget to serve at least its first request (if the
871  * request has grown).  We do this because if the queue has not enough
872  * budget for its first request, it has to go through two dispatch
873  * rounds to actually get it dispatched.
874  */
875 static void bfq_updated_next_req(struct bfq_data *bfqd,
876                                  struct bfq_queue *bfqq)
877 {
878         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
879         struct request *next_rq = bfqq->next_rq;
880         unsigned long new_budget;
881
882         if (!next_rq)
883                 return;
884
885         if (bfqq == bfqd->in_service_queue)
886                 /*
887                  * In order not to break guarantees, budgets cannot be
888                  * changed after an entity has been selected.
889                  */
890                 return;
891
892         new_budget = max_t(unsigned long, bfqq->max_budget,
893                            bfq_serv_to_charge(next_rq, bfqq));
894         if (entity->budget != new_budget) {
895                 entity->budget = new_budget;
896                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "updated next rq: new budget %lu",
897                                          new_budget);
898                 bfq_requeue_bfqq(bfqd, bfqq, false);
899         }
900 }
901
902 static unsigned int bfq_wr_duration(struct bfq_data *bfqd)
903 {
904         u64 dur;
905
906         if (bfqd->bfq_wr_max_time > 0)
907                 return bfqd->bfq_wr_max_time;
908
909         dur = bfqd->RT_prod;
910         do_div(dur, bfqd->peak_rate);
911
912         /*
913          * Limit duration between 3 and 13 seconds. Tests show that
914          * higher values than 13 seconds often yield the opposite of
915          * the desired result, i.e., worsen responsiveness by letting
916          * non-interactive and non-soft-real-time applications
917          * preserve weight raising for a too long time interval.
918          *
919          * On the other end, lower values than 3 seconds make it
920          * difficult for most interactive tasks to complete their jobs
921          * before weight-raising finishes.
922          */
923         if (dur > msecs_to_jiffies(13000))
924                 dur = msecs_to_jiffies(13000);
925         else if (dur < msecs_to_jiffies(3000))
926                 dur = msecs_to_jiffies(3000);
927
928         return dur;
929 }
930
931 /* switch back from soft real-time to interactive weight raising */
932 static void switch_back_to_interactive_wr(struct bfq_queue *bfqq,
933                                           struct bfq_data *bfqd)
934 {
935         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
936         bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
937         bfqq->last_wr_start_finish = bfqq->wr_start_at_switch_to_srt;
938 }
939
940 static void
941 bfq_bfqq_resume_state(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_data *bfqd,
942                       struct bfq_io_cq *bic, bool bfq_already_existing)
943 {
944         unsigned int old_wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
945         bool busy = bfq_already_existing && bfq_bfqq_busy(bfqq);
946
947         if (bic->saved_has_short_ttime)
948                 bfq_mark_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
949         else
950                 bfq_clear_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
951
952         if (bic->saved_IO_bound)
953                 bfq_mark_bfqq_IO_bound(bfqq);
954         else
955                 bfq_clear_bfqq_IO_bound(bfqq);
956
957         bfqq->ttime = bic->saved_ttime;
958         bfqq->wr_coeff = bic->saved_wr_coeff;
959         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt = bic->saved_wr_start_at_switch_to_srt;
960         bfqq->last_wr_start_finish = bic->saved_last_wr_start_finish;
961         bfqq->wr_cur_max_time = bic->saved_wr_cur_max_time;
962
963         if (bfqq->wr_coeff > 1 && (bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq) ||
964             time_is_before_jiffies(bfqq->last_wr_start_finish +
965                                    bfqq->wr_cur_max_time))) {
966                 if (bfqq->wr_cur_max_time == bfqd->bfq_wr_rt_max_time &&
967                     !bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq) &&
968                     time_is_after_eq_jiffies(bfqq->wr_start_at_switch_to_srt +
969                                              bfq_wr_duration(bfqd))) {
970                         switch_back_to_interactive_wr(bfqq, bfqd);
971                 } else {
972                         bfqq->wr_coeff = 1;
973                         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq,
974                                      "resume state: switching off wr");
975                 }
976         }
977
978         /* make sure weight will be updated, however we got here */
979         bfqq->entity.prio_changed = 1;
980
981         if (likely(!busy))
982                 return;
983
984         if (old_wr_coeff == 1 && bfqq->wr_coeff > 1)
985                 bfqd->wr_busy_queues++;
986         else if (old_wr_coeff > 1 && bfqq->wr_coeff == 1)
987                 bfqd->wr_busy_queues--;
988 }
989
990 static int bfqq_process_refs(struct bfq_queue *bfqq)
991 {
992         return bfqq->ref - bfqq->allocated - bfqq->entity.on_st;
993 }
994
995 /* Empty burst list and add just bfqq (see comments on bfq_handle_burst) */
996 static void bfq_reset_burst_list(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
997 {
998         struct bfq_queue *item;
999         struct hlist_node *n;
1000
1001         hlist_for_each_entry_safe(item, n, &bfqd->burst_list, burst_list_node)
1002                 hlist_del_init(&item->burst_list_node);
1003         hlist_add_head(&bfqq->burst_list_node, &bfqd->burst_list);
1004         bfqd->burst_size = 1;
1005         bfqd->burst_parent_entity = bfqq->entity.parent;
1006 }
1007
1008 /* Add bfqq to the list of queues in current burst (see bfq_handle_burst) */
1009 static void bfq_add_to_burst(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
1010 {
1011         /* Increment burst size to take into account also bfqq */
1012         bfqd->burst_size++;
1013
1014         if (bfqd->burst_size == bfqd->bfq_large_burst_thresh) {
1015                 struct bfq_queue *pos, *bfqq_item;
1016                 struct hlist_node *n;
1017
1018                 /*
1019                  * Enough queues have been activated shortly after each
1020                  * other to consider this burst as large.
1021                  */
1022                 bfqd->large_burst = true;
1023
1024                 /*
1025                  * We can now mark all queues in the burst list as
1026                  * belonging to a large burst.
1027                  */
1028                 hlist_for_each_entry(bfqq_item, &bfqd->burst_list,
1029                                      burst_list_node)
1030                         bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq_item);
1031                 bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq);
1032
1033                 /*
1034                  * From now on, and until the current burst finishes, any
1035                  * new queue being activated shortly after the last queue
1036                  * was inserted in the burst can be immediately marked as
1037                  * belonging to a large burst. So the burst list is not
1038                  * needed any more. Remove it.
1039                  */
1040                 hlist_for_each_entry_safe(pos, n, &bfqd->burst_list,
1041                                           burst_list_node)
1042                         hlist_del_init(&pos->burst_list_node);
1043         } else /*
1044                 * Burst not yet large: add bfqq to the burst list. Do
1045                 * not increment the ref counter for bfqq, because bfqq
1046                 * is removed from the burst list before freeing bfqq
1047                 * in put_queue.
1048                 */
1049                 hlist_add_head(&bfqq->burst_list_node, &bfqd->burst_list);
1050 }
1051
1052 /*
1053  * If many queues belonging to the same group happen to be created
1054  * shortly after each other, then the processes associated with these
1055  * queues have typically a common goal. In particular, bursts of queue
1056  * creations are usually caused by services or applications that spawn
1057  * many parallel threads/processes. Examples are systemd during boot,
1058  * or git grep. To help these processes get their job done as soon as
1059  * possible, it is usually better to not grant either weight-raising
1060  * or device idling to their queues.
1061  *
1062  * In this comment we describe, firstly, the reasons why this fact
1063  * holds, and, secondly, the next function, which implements the main
1064  * steps needed to properly mark these queues so that they can then be
1065  * treated in a different way.
1066  *
1067  * The above services or applications benefit mostly from a high
1068  * throughput: the quicker the requests of the activated queues are
1069  * cumulatively served, the sooner the target job of these queues gets
1070  * completed. As a consequence, weight-raising any of these queues,
1071  * which also implies idling the device for it, is almost always
1072  * counterproductive. In most cases it just lowers throughput.
1073  *
1074  * On the other hand, a burst of queue creations may be caused also by
1075  * the start of an application that does not consist of a lot of
1076  * parallel I/O-bound threads. In fact, with a complex application,
1077  * several short processes may need to be executed to start-up the
1078  * application. In this respect, to start an application as quickly as
1079  * possible, the best thing to do is in any case to privilege the I/O
1080  * related to the application with respect to all other
1081  * I/O. Therefore, the best strategy to start as quickly as possible
1082  * an application that causes a burst of queue creations is to
1083  * weight-raise all the queues created during the burst. This is the
1084  * exact opposite of the best strategy for the other type of bursts.
1085  *
1086  * In the end, to take the best action for each of the two cases, the
1087  * two types of bursts need to be distinguished. Fortunately, this
1088  * seems relatively easy, by looking at the sizes of the bursts. In
1089  * particular, we found a threshold such that only bursts with a
1090  * larger size than that threshold are apparently caused by
1091  * services or commands such as systemd or git grep. For brevity,
1092  * hereafter we call just 'large' these bursts. BFQ *does not*
1093  * weight-raise queues whose creation occurs in a large burst. In
1094  * addition, for each of these queues BFQ performs or does not perform
1095  * idling depending on which choice boosts the throughput more. The
1096  * exact choice depends on the device and request pattern at
1097  * hand.
1098  *
1099  * Unfortunately, false positives may occur while an interactive task
1100  * is starting (e.g., an application is being started). The
1101  * consequence is that the queues associated with the task do not
1102  * enjoy weight raising as expected. Fortunately these false positives
1103  * are very rare. They typically occur if some service happens to
1104  * start doing I/O exactly when the interactive task starts.
1105  *
1106  * Turning back to the next function, it implements all the steps
1107  * needed to detect the occurrence of a large burst and to properly
1108  * mark all the queues belonging to it (so that they can then be
1109  * treated in a different way). This goal is achieved by maintaining a
1110  * "burst list" that holds, temporarily, the queues that belong to the
1111  * burst in progress. The list is then used to mark these queues as
1112  * belonging to a large burst if the burst does become large. The main
1113  * steps are the following.
1114  *
1115  * . when the very first queue is created, the queue is inserted into the
1116  *   list (as it could be the first queue in a possible burst)
1117  *
1118  * . if the current burst has not yet become large, and a queue Q that does
1119  *   not yet belong to the burst is activated shortly after the last time
1120  *   at which a new queue entered the burst list, then the function appends
1121  *   Q to the burst list
1122  *
1123  * . if, as a consequence of the previous step, the burst size reaches
1124  *   the large-burst threshold, then
1125  *
1126  *     . all the queues in the burst list are marked as belonging to a
1127  *       large burst
1128  *
1129  *     . the burst list is deleted; in fact, the burst list already served
1130  *       its purpose (keeping temporarily track of the queues in a burst,
1131  *       so as to be able to mark them as belonging to a large burst in the
1132  *       previous sub-step), and now is not needed any more
1133  *
1134  *     . the device enters a large-burst mode
1135  *
1136  * . if a queue Q that does not belong to the burst is created while
1137  *   the device is in large-burst mode and shortly after the last time
1138  *   at which a queue either entered the burst list or was marked as
1139  *   belonging to the current large burst, then Q is immediately marked
1140  *   as belonging to a large burst.
1141  *
1142  * . if a queue Q that does not belong to the burst is created a while
1143  *   later, i.e., not shortly after, than the last time at which a queue
1144  *   either entered the burst list or was marked as belonging to the
1145  *   current large burst, then the current burst is deemed as finished and:
1146  *
1147  *        . the large-burst mode is reset if set
1148  *
1149  *        . the burst list is emptied
1150  *
1151  *        . Q is inserted in the burst list, as Q may be the first queue
1152  *          in a possible new burst (then the burst list contains just Q
1153  *          after this step).
1154  */
1155 static void bfq_handle_burst(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
1156 {
1157         /*
1158          * If bfqq is already in the burst list or is part of a large
1159          * burst, or finally has just been split, then there is
1160          * nothing else to do.
1161          */
1162         if (!hlist_unhashed(&bfqq->burst_list_node) ||
1163             bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq) ||
1164             time_is_after_eq_jiffies(bfqq->split_time +
1165                                      msecs_to_jiffies(10)))
1166                 return;
1167
1168         /*
1169          * If bfqq's creation happens late enough, or bfqq belongs to
1170          * a different group than the burst group, then the current
1171          * burst is finished, and related data structures must be
1172          * reset.
1173          *
1174          * In this respect, consider the special case where bfqq is
1175          * the very first queue created after BFQ is selected for this
1176          * device. In this case, last_ins_in_burst and
1177          * burst_parent_entity are not yet significant when we get
1178          * here. But it is easy to verify that, whether or not the
1179          * following condition is true, bfqq will end up being
1180          * inserted into the burst list. In particular the list will
1181          * happen to contain only bfqq. And this is exactly what has
1182          * to happen, as bfqq may be the first queue of the first
1183          * burst.
1184          */
1185         if (time_is_before_jiffies(bfqd->last_ins_in_burst +
1186             bfqd->bfq_burst_interval) ||
1187             bfqq->entity.parent != bfqd->burst_parent_entity) {
1188                 bfqd->large_burst = false;
1189                 bfq_reset_burst_list(bfqd, bfqq);
1190                 goto end;
1191         }
1192
1193         /*
1194          * If we get here, then bfqq is being activated shortly after the
1195          * last queue. So, if the current burst is also large, we can mark
1196          * bfqq as belonging to this large burst immediately.
1197          */
1198         if (bfqd->large_burst) {
1199                 bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq);
1200                 goto end;
1201         }
1202
1203         /*
1204          * If we get here, then a large-burst state has not yet been
1205          * reached, but bfqq is being activated shortly after the last
1206          * queue. Then we add bfqq to the burst.
1207          */
1208         bfq_add_to_burst(bfqd, bfqq);
1209 end:
1210         /*
1211          * At this point, bfqq either has been added to the current
1212          * burst or has caused the current burst to terminate and a
1213          * possible new burst to start. In particular, in the second
1214          * case, bfqq has become the first queue in the possible new
1215          * burst.  In both cases last_ins_in_burst needs to be moved
1216          * forward.
1217          */
1218         bfqd->last_ins_in_burst = jiffies;
1219 }
1220
1221 static int bfq_bfqq_budget_left(struct bfq_queue *bfqq)
1222 {
1223         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
1224
1225         return entity->budget - entity->service;
1226 }
1227
1228 /*
1229  * If enough samples have been computed, return the current max budget
1230  * stored in bfqd, which is dynamically updated according to the
1231  * estimated disk peak rate; otherwise return the default max budget
1232  */
1233 static int bfq_max_budget(struct bfq_data *bfqd)
1234 {
1235         if (bfqd->budgets_assigned < bfq_stats_min_budgets)
1236                 return bfq_default_max_budget;
1237         else
1238                 return bfqd->bfq_max_budget;
1239 }
1240
1241 /*
1242  * Return min budget, which is a fraction of the current or default
1243  * max budget (trying with 1/32)
1244  */
1245 static int bfq_min_budget(struct bfq_data *bfqd)
1246 {
1247         if (bfqd->budgets_assigned < bfq_stats_min_budgets)
1248                 return bfq_default_max_budget / 32;
1249         else
1250                 return bfqd->bfq_max_budget / 32;
1251 }
1252
1253 /*
1254  * The next function, invoked after the input queue bfqq switches from
1255  * idle to busy, updates the budget of bfqq. The function also tells
1256  * whether the in-service queue should be expired, by returning
1257  * true. The purpose of expiring the in-service queue is to give bfqq
1258  * the chance to possibly preempt the in-service queue, and the reason
1259  * for preempting the in-service queue is to achieve one of the two
1260  * goals below.
1261  *
1262  * 1. Guarantee to bfqq its reserved bandwidth even if bfqq has
1263  * expired because it has remained idle. In particular, bfqq may have
1264  * expired for one of the following two reasons:
1265  *
1266  * - BFQQE_NO_MORE_REQUESTS bfqq did not enjoy any device idling
1267  *   and did not make it to issue a new request before its last
1268  *   request was served;
1269  *
1270  * - BFQQE_TOO_IDLE bfqq did enjoy device idling, but did not issue
1271  *   a new request before the expiration of the idling-time.
1272  *
1273  * Even if bfqq has expired for one of the above reasons, the process
1274  * associated with the queue may be however issuing requests greedily,
1275  * and thus be sensitive to the bandwidth it receives (bfqq may have
1276  * remained idle for other reasons: CPU high load, bfqq not enjoying
1277  * idling, I/O throttling somewhere in the path from the process to
1278  * the I/O scheduler, ...). But if, after every expiration for one of
1279  * the above two reasons, bfqq has to wait for the service of at least
1280  * one full budget of another queue before being served again, then
1281  * bfqq is likely to get a much lower bandwidth or resource time than
1282  * its reserved ones. To address this issue, two countermeasures need
1283  * to be taken.
1284  *
1285  * First, the budget and the timestamps of bfqq need to be updated in
1286  * a special way on bfqq reactivation: they need to be updated as if
1287  * bfqq did not remain idle and did not expire. In fact, if they are
1288  * computed as if bfqq expired and remained idle until reactivation,
1289  * then the process associated with bfqq is treated as if, instead of
1290  * being greedy, it stopped issuing requests when bfqq remained idle,
1291  * and restarts issuing requests only on this reactivation. In other
1292  * words, the scheduler does not help the process recover the "service
1293  * hole" between bfqq expiration and reactivation. As a consequence,
1294  * the process receives a lower bandwidth than its reserved one. In
1295  * contrast, to recover this hole, the budget must be updated as if
1296  * bfqq was not expired at all before this reactivation, i.e., it must
1297  * be set to the value of the remaining budget when bfqq was
1298  * expired. Along the same line, timestamps need to be assigned the
1299  * value they had the last time bfqq was selected for service, i.e.,
1300  * before last expiration. Thus timestamps need to be back-shifted
1301  * with respect to their normal computation (see [1] for more details
1302  * on this tricky aspect).
1303  *
1304  * Secondly, to allow the process to recover the hole, the in-service
1305  * queue must be expired too, to give bfqq the chance to preempt it
1306  * immediately. In fact, if bfqq has to wait for a full budget of the
1307  * in-service queue to be completed, then it may become impossible to
1308  * let the process recover the hole, even if the back-shifted
1309  * timestamps of bfqq are lower than those of the in-service queue. If
1310  * this happens for most or all of the holes, then the process may not
1311  * receive its reserved bandwidth. In this respect, it is worth noting
1312  * that, being the service of outstanding requests unpreemptible, a
1313  * little fraction of the holes may however be unrecoverable, thereby
1314  * causing a little loss of bandwidth.
1315  *
1316  * The last important point is detecting whether bfqq does need this
1317  * bandwidth recovery. In this respect, the next function deems the
1318  * process associated with bfqq greedy, and thus allows it to recover
1319  * the hole, if: 1) the process is waiting for the arrival of a new
1320  * request (which implies that bfqq expired for one of the above two
1321  * reasons), and 2) such a request has arrived soon. The first
1322  * condition is controlled through the flag non_blocking_wait_rq,
1323  * while the second through the flag arrived_in_time. If both
1324  * conditions hold, then the function computes the budget in the
1325  * above-described special way, and signals that the in-service queue
1326  * should be expired. Timestamp back-shifting is done later in
1327  * __bfq_activate_entity.
1328  *
1329  * 2. Reduce latency. Even if timestamps are not backshifted to let
1330  * the process associated with bfqq recover a service hole, bfqq may
1331  * however happen to have, after being (re)activated, a lower finish
1332  * timestamp than the in-service queue.  That is, the next budget of
1333  * bfqq may have to be completed before the one of the in-service
1334  * queue. If this is the case, then preempting the in-service queue
1335  * allows this goal to be achieved, apart from the unpreemptible,
1336  * outstanding requests mentioned above.
1337  *
1338  * Unfortunately, regardless of which of the above two goals one wants
1339  * to achieve, service trees need first to be updated to know whether
1340  * the in-service queue must be preempted. To have service trees
1341  * correctly updated, the in-service queue must be expired and
1342  * rescheduled, and bfqq must be scheduled too. This is one of the
1343  * most costly operations (in future versions, the scheduling
1344  * mechanism may be re-designed in such a way to make it possible to
1345  * know whether preemption is needed without needing to update service
1346  * trees). In addition, queue preemptions almost always cause random
1347  * I/O, and thus loss of throughput. Because of these facts, the next
1348  * function adopts the following simple scheme to avoid both costly
1349  * operations and too frequent preemptions: it requests the expiration
1350  * of the in-service queue (unconditionally) only for queues that need
1351  * to recover a hole, or that either are weight-raised or deserve to
1352  * be weight-raised.
1353  */
1354 static bool bfq_bfqq_update_budg_for_activation(struct bfq_data *bfqd,
1355                                                 struct bfq_queue *bfqq,
1356                                                 bool arrived_in_time,
1357                                                 bool wr_or_deserves_wr)
1358 {
1359         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
1360
1361         if (bfq_bfqq_non_blocking_wait_rq(bfqq) && arrived_in_time) {
1362                 /*
1363                  * We do not clear the flag non_blocking_wait_rq here, as
1364                  * the latter is used in bfq_activate_bfqq to signal
1365                  * that timestamps need to be back-shifted (and is
1366                  * cleared right after).
1367                  */
1368
1369                 /*
1370                  * In next assignment we rely on that either
1371                  * entity->service or entity->budget are not updated
1372                  * on expiration if bfqq is empty (see
1373                  * __bfq_bfqq_recalc_budget). Thus both quantities
1374                  * remain unchanged after such an expiration, and the
1375                  * following statement therefore assigns to
1376                  * entity->budget the remaining budget on such an
1377                  * expiration. For clarity, entity->service is not
1378                  * updated on expiration in any case, and, in normal
1379                  * operation, is reset only when bfqq is selected for
1380                  * service (see bfq_get_next_queue).
1381                  */
1382                 entity->budget = min_t(unsigned long,
1383                                        bfq_bfqq_budget_left(bfqq),
1384                                        bfqq->max_budget);
1385
1386                 return true;
1387         }
1388
1389         entity->budget = max_t(unsigned long, bfqq->max_budget,
1390                                bfq_serv_to_charge(bfqq->next_rq, bfqq));
1391         bfq_clear_bfqq_non_blocking_wait_rq(bfqq);
1392         return wr_or_deserves_wr;
1393 }
1394
1395 /*
1396  * Return the farthest future time instant according to jiffies
1397  * macros.
1398  */
1399 static unsigned long bfq_greatest_from_now(void)
1400 {
1401         return jiffies + MAX_JIFFY_OFFSET;
1402 }
1403
1404 /*
1405  * Return the farthest past time instant according to jiffies
1406  * macros.
1407  */
1408 static unsigned long bfq_smallest_from_now(void)
1409 {
1410         return jiffies - MAX_JIFFY_OFFSET;
1411 }
1412
1413 static void bfq_update_bfqq_wr_on_rq_arrival(struct bfq_data *bfqd,
1414                                              struct bfq_queue *bfqq,
1415                                              unsigned int old_wr_coeff,
1416                                              bool wr_or_deserves_wr,
1417                                              bool interactive,
1418                                              bool in_burst,
1419                                              bool soft_rt)
1420 {
1421         if (old_wr_coeff == 1 && wr_or_deserves_wr) {
1422                 /* start a weight-raising period */
1423                 if (interactive) {
1424                         bfqq->service_from_wr = 0;
1425                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
1426                         bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
1427                 } else {
1428                         /*
1429                          * No interactive weight raising in progress
1430                          * here: assign minus infinity to
1431                          * wr_start_at_switch_to_srt, to make sure
1432                          * that, at the end of the soft-real-time
1433                          * weight raising periods that is starting
1434                          * now, no interactive weight-raising period
1435                          * may be wrongly considered as still in
1436                          * progress (and thus actually started by
1437                          * mistake).
1438                          */
1439                         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt =
1440                                 bfq_smallest_from_now();
1441                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff *
1442                                 BFQ_SOFTRT_WEIGHT_FACTOR;
1443                         bfqq->wr_cur_max_time =
1444                                 bfqd->bfq_wr_rt_max_time;
1445                 }
1446
1447                 /*
1448                  * If needed, further reduce budget to make sure it is
1449                  * close to bfqq's backlog, so as to reduce the
1450                  * scheduling-error component due to a too large
1451                  * budget. Do not care about throughput consequences,
1452                  * but only about latency. Finally, do not assign a
1453                  * too small budget either, to avoid increasing
1454                  * latency by causing too frequent expirations.
1455                  */
1456                 bfqq->entity.budget = min_t(unsigned long,
1457                                             bfqq->entity.budget,
1458                                             2 * bfq_min_budget(bfqd));
1459         } else if (old_wr_coeff > 1) {
1460                 if (interactive) { /* update wr coeff and duration */
1461                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
1462                         bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
1463                 } else if (in_burst)
1464                         bfqq->wr_coeff = 1;
1465                 else if (soft_rt) {
1466                         /*
1467                          * The application is now or still meeting the
1468                          * requirements for being deemed soft rt.  We
1469                          * can then correctly and safely (re)charge
1470                          * the weight-raising duration for the
1471                          * application with the weight-raising
1472                          * duration for soft rt applications.
1473                          *
1474                          * In particular, doing this recharge now, i.e.,
1475                          * before the weight-raising period for the
1476                          * application finishes, reduces the probability
1477                          * of the following negative scenario:
1478                          * 1) the weight of a soft rt application is
1479                          *    raised at startup (as for any newly
1480                          *    created application),
1481                          * 2) since the application is not interactive,
1482                          *    at a certain time weight-raising is
1483                          *    stopped for the application,
1484                          * 3) at that time the application happens to
1485                          *    still have pending requests, and hence
1486                          *    is destined to not have a chance to be
1487                          *    deemed soft rt before these requests are
1488                          *    completed (see the comments to the
1489                          *    function bfq_bfqq_softrt_next_start()
1490                          *    for details on soft rt detection),
1491                          * 4) these pending requests experience a high
1492                          *    latency because the application is not
1493                          *    weight-raised while they are pending.
1494                          */
1495                         if (bfqq->wr_cur_max_time !=
1496                                 bfqd->bfq_wr_rt_max_time) {
1497                                 bfqq->wr_start_at_switch_to_srt =
1498                                         bfqq->last_wr_start_finish;
1499
1500                                 bfqq->wr_cur_max_time =
1501                                         bfqd->bfq_wr_rt_max_time;
1502                                 bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff *
1503                                         BFQ_SOFTRT_WEIGHT_FACTOR;
1504                         }
1505                         bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
1506                 }
1507         }
1508 }
1509
1510 static bool bfq_bfqq_idle_for_long_time(struct bfq_data *bfqd,
1511                                         struct bfq_queue *bfqq)
1512 {
1513         return bfqq->dispatched == 0 &&
1514                 time_is_before_jiffies(
1515                         bfqq->budget_timeout +
1516                         bfqd->bfq_wr_min_idle_time);
1517 }
1518
1519 static void bfq_bfqq_handle_idle_busy_switch(struct bfq_data *bfqd,
1520                                              struct bfq_queue *bfqq,
1521                                              int old_wr_coeff,
1522                                              struct request *rq,
1523                                              bool *interactive)
1524 {
1525         bool soft_rt, in_burst, wr_or_deserves_wr,
1526                 bfqq_wants_to_preempt,
1527                 idle_for_long_time = bfq_bfqq_idle_for_long_time(bfqd, bfqq),
1528                 /*
1529                  * See the comments on
1530                  * bfq_bfqq_update_budg_for_activation for
1531                  * details on the usage of the next variable.
1532                  */
1533                 arrived_in_time =  ktime_get_ns() <=
1534                         bfqq->ttime.last_end_request +
1535                         bfqd->bfq_slice_idle * 3;
1536
1537
1538         /*
1539          * bfqq deserves to be weight-raised if:
1540          * - it is sync,
1541          * - it does not belong to a large burst,
1542          * - it has been idle for enough time or is soft real-time,
1543          * - is linked to a bfq_io_cq (it is not shared in any sense).
1544          */
1545         in_burst = bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq);
1546         soft_rt = bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate > 0 &&
1547                 !in_burst &&
1548                 time_is_before_jiffies(bfqq->soft_rt_next_start);
1549         *interactive = !in_burst && idle_for_long_time;
1550         wr_or_deserves_wr = bfqd->low_latency &&
1551                 (bfqq->wr_coeff > 1 ||
1552                  (bfq_bfqq_sync(bfqq) &&
1553                   bfqq->bic && (*interactive || soft_rt)));
1554
1555         /*
1556          * Using the last flag, update budget and check whether bfqq
1557          * may want to preempt the in-service queue.
1558          */
1559         bfqq_wants_to_preempt =
1560                 bfq_bfqq_update_budg_for_activation(bfqd, bfqq,
1561                                                     arrived_in_time,
1562                                                     wr_or_deserves_wr);
1563
1564         /*
1565          * If bfqq happened to be activated in a burst, but has been
1566          * idle for much more than an interactive queue, then we
1567          * assume that, in the overall I/O initiated in the burst, the
1568          * I/O associated with bfqq is finished. So bfqq does not need
1569          * to be treated as a queue belonging to a burst
1570          * anymore. Accordingly, we reset bfqq's in_large_burst flag
1571          * if set, and remove bfqq from the burst list if it's
1572          * there. We do not decrement burst_size, because the fact
1573          * that bfqq does not need to belong to the burst list any
1574          * more does not invalidate the fact that bfqq was created in
1575          * a burst.
1576          */
1577         if (likely(!bfq_bfqq_just_created(bfqq)) &&
1578             idle_for_long_time &&
1579             time_is_before_jiffies(
1580                     bfqq->budget_timeout +
1581                     msecs_to_jiffies(10000))) {
1582                 hlist_del_init(&bfqq->burst_list_node);
1583                 bfq_clear_bfqq_in_large_burst(bfqq);
1584         }
1585
1586         bfq_clear_bfqq_just_created(bfqq);
1587
1588
1589         if (!bfq_bfqq_IO_bound(bfqq)) {
1590                 if (arrived_in_time) {
1591                         bfqq->requests_within_timer++;
1592                         if (bfqq->requests_within_timer >=
1593                             bfqd->bfq_requests_within_timer)
1594                                 bfq_mark_bfqq_IO_bound(bfqq);
1595                 } else
1596                         bfqq->requests_within_timer = 0;
1597         }
1598
1599         if (bfqd->low_latency) {
1600                 if (unlikely(time_is_after_jiffies(bfqq->split_time)))
1601                         /* wraparound */
1602                         bfqq->split_time =
1603                                 jiffies - bfqd->bfq_wr_min_idle_time - 1;
1604
1605                 if (time_is_before_jiffies(bfqq->split_time +
1606                                            bfqd->bfq_wr_min_idle_time)) {
1607                         bfq_update_bfqq_wr_on_rq_arrival(bfqd, bfqq,
1608                                                          old_wr_coeff,
1609                                                          wr_or_deserves_wr,
1610                                                          *interactive,
1611                                                          in_burst,
1612                                                          soft_rt);
1613
1614                         if (old_wr_coeff != bfqq->wr_coeff)
1615                                 bfqq->entity.prio_changed = 1;
1616                 }
1617         }
1618
1619         bfqq->last_idle_bklogged = jiffies;
1620         bfqq->service_from_backlogged = 0;
1621         bfq_clear_bfqq_softrt_update(bfqq);
1622
1623         bfq_add_bfqq_busy(bfqd, bfqq);
1624
1625         /*
1626          * Expire in-service queue only if preemption may be needed
1627          * for guarantees. In this respect, the function
1628          * next_queue_may_preempt just checks a simple, necessary
1629          * condition, and not a sufficient condition based on
1630          * timestamps. In fact, for the latter condition to be
1631          * evaluated, timestamps would need first to be updated, and
1632          * this operation is quite costly (see the comments on the
1633          * function bfq_bfqq_update_budg_for_activation).
1634          */
1635         if (bfqd->in_service_queue && bfqq_wants_to_preempt &&
1636             bfqd->in_service_queue->wr_coeff < bfqq->wr_coeff &&
1637             next_queue_may_preempt(bfqd))
1638                 bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqd->in_service_queue,
1639                                 false, BFQQE_PREEMPTED);
1640 }
1641
1642 static void bfq_add_request(struct request *rq)
1643 {
1644         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
1645         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
1646         struct request *next_rq, *prev;
1647         unsigned int old_wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
1648         bool interactive = false;
1649
1650         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "add_request %d", rq_is_sync(rq));
1651         bfqq->queued[rq_is_sync(rq)]++;
1652         bfqd->queued++;
1653
1654         elv_rb_add(&bfqq->sort_list, rq);
1655
1656         /*
1657          * Check if this request is a better next-serve candidate.
1658          */
1659         prev = bfqq->next_rq;
1660         next_rq = bfq_choose_req(bfqd, bfqq->next_rq, rq, bfqd->last_position);
1661         bfqq->next_rq = next_rq;
1662
1663         /*
1664          * Adjust priority tree position, if next_rq changes.
1665          */
1666         if (prev != bfqq->next_rq)
1667                 bfq_pos_tree_add_move(bfqd, bfqq);
1668
1669         if (!bfq_bfqq_busy(bfqq)) /* switching to busy ... */
1670                 bfq_bfqq_handle_idle_busy_switch(bfqd, bfqq, old_wr_coeff,
1671                                                  rq, &interactive);
1672         else {
1673                 if (bfqd->low_latency && old_wr_coeff == 1 && !rq_is_sync(rq) &&
1674                     time_is_before_jiffies(
1675                                 bfqq->last_wr_start_finish +
1676                                 bfqd->bfq_wr_min_inter_arr_async)) {
1677                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
1678                         bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
1679
1680                         bfqd->wr_busy_queues++;
1681                         bfqq->entity.prio_changed = 1;
1682                 }
1683                 if (prev != bfqq->next_rq)
1684                         bfq_updated_next_req(bfqd, bfqq);
1685         }
1686
1687         /*
1688          * Assign jiffies to last_wr_start_finish in the following
1689          * cases:
1690          *
1691          * . if bfqq is not going to be weight-raised, because, for
1692          *   non weight-raised queues, last_wr_start_finish stores the
1693          *   arrival time of the last request; as of now, this piece
1694          *   of information is used only for deciding whether to
1695          *   weight-raise async queues
1696          *
1697          * . if bfqq is not weight-raised, because, if bfqq is now
1698          *   switching to weight-raised, then last_wr_start_finish
1699          *   stores the time when weight-raising starts
1700          *
1701          * . if bfqq is interactive, because, regardless of whether
1702          *   bfqq is currently weight-raised, the weight-raising
1703          *   period must start or restart (this case is considered
1704          *   separately because it is not detected by the above
1705          *   conditions, if bfqq is already weight-raised)
1706          *
1707          * last_wr_start_finish has to be updated also if bfqq is soft
1708          * real-time, because the weight-raising period is constantly
1709          * restarted on idle-to-busy transitions for these queues, but
1710          * this is already done in bfq_bfqq_handle_idle_busy_switch if
1711          * needed.
1712          */
1713         if (bfqd->low_latency &&
1714                 (old_wr_coeff == 1 || bfqq->wr_coeff == 1 || interactive))
1715                 bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
1716 }
1717
1718 static struct request *bfq_find_rq_fmerge(struct bfq_data *bfqd,
1719                                           struct bio *bio,
1720                                           struct request_queue *q)
1721 {
1722         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->bio_bfqq;
1723
1724
1725         if (bfqq)
1726                 return elv_rb_find(&bfqq->sort_list, bio_end_sector(bio));
1727
1728         return NULL;
1729 }
1730
1731 static sector_t get_sdist(sector_t last_pos, struct request *rq)
1732 {
1733         if (last_pos)
1734                 return abs(blk_rq_pos(rq) - last_pos);
1735
1736         return 0;
1737 }
1738
1739 #if 0 /* Still not clear if we can do without next two functions */
1740 static void bfq_activate_request(struct request_queue *q, struct request *rq)
1741 {
1742         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
1743
1744         bfqd->rq_in_driver++;
1745 }
1746
1747 static void bfq_deactivate_request(struct request_queue *q, struct request *rq)
1748 {
1749         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
1750
1751         bfqd->rq_in_driver--;
1752 }
1753 #endif
1754
1755 static void bfq_remove_request(struct request_queue *q,
1756                                struct request *rq)
1757 {
1758         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
1759         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
1760         const int sync = rq_is_sync(rq);
1761
1762         if (bfqq->next_rq == rq) {
1763                 bfqq->next_rq = bfq_find_next_rq(bfqd, bfqq, rq);
1764                 bfq_updated_next_req(bfqd, bfqq);
1765         }
1766
1767         if (rq->queuelist.prev != &rq->queuelist)
1768                 list_del_init(&rq->queuelist);
1769         bfqq->queued[sync]--;
1770         bfqd->queued--;
1771         elv_rb_del(&bfqq->sort_list, rq);
1772
1773         elv_rqhash_del(q, rq);
1774         if (q->last_merge == rq)
1775                 q->last_merge = NULL;
1776
1777         if (RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list)) {
1778                 bfqq->next_rq = NULL;
1779
1780                 if (bfq_bfqq_busy(bfqq) && bfqq != bfqd->in_service_queue) {
1781                         bfq_del_bfqq_busy(bfqd, bfqq, false);
1782                         /*
1783                          * bfqq emptied. In normal operation, when
1784                          * bfqq is empty, bfqq->entity.service and
1785                          * bfqq->entity.budget must contain,
1786                          * respectively, the service received and the
1787                          * budget used last time bfqq emptied. These
1788                          * facts do not hold in this case, as at least
1789                          * this last removal occurred while bfqq is
1790                          * not in service. To avoid inconsistencies,
1791                          * reset both bfqq->entity.service and
1792                          * bfqq->entity.budget, if bfqq has still a
1793                          * process that may issue I/O requests to it.
1794                          */
1795                         bfqq->entity.budget = bfqq->entity.service = 0;
1796                 }
1797
1798                 /*
1799                  * Remove queue from request-position tree as it is empty.
1800                  */
1801                 if (bfqq->pos_root) {
1802                         rb_erase(&bfqq->pos_node, bfqq->pos_root);
1803                         bfqq->pos_root = NULL;
1804                 }
1805         } else {
1806                 bfq_pos_tree_add_move(bfqd, bfqq);
1807         }
1808
1809         if (rq->cmd_flags & REQ_META)
1810                 bfqq->meta_pending--;
1811
1812 }
1813
1814 static bool bfq_bio_merge(struct blk_mq_hw_ctx *hctx, struct bio *bio)
1815 {
1816         struct request_queue *q = hctx->queue;
1817         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
1818         struct request *free = NULL;
1819         /*
1820          * bfq_bic_lookup grabs the queue_lock: invoke it now and
1821          * store its return value for later use, to avoid nesting
1822          * queue_lock inside the bfqd->lock. We assume that the bic
1823          * returned by bfq_bic_lookup does not go away before
1824          * bfqd->lock is taken.
1825          */
1826         struct bfq_io_cq *bic = bfq_bic_lookup(bfqd, current->io_context, q);
1827         bool ret;
1828
1829         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
1830
1831         if (bic)
1832                 bfqd->bio_bfqq = bic_to_bfqq(bic, op_is_sync(bio->bi_opf));
1833         else
1834                 bfqd->bio_bfqq = NULL;
1835         bfqd->bio_bic = bic;
1836
1837         ret = blk_mq_sched_try_merge(q, bio, &free);
1838
1839         if (free)
1840                 blk_mq_free_request(free);
1841         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
1842
1843         return ret;
1844 }
1845
1846 static int bfq_request_merge(struct request_queue *q, struct request **req,
1847                              struct bio *bio)
1848 {
1849         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
1850         struct request *__rq;
1851
1852         __rq = bfq_find_rq_fmerge(bfqd, bio, q);
1853         if (__rq && elv_bio_merge_ok(__rq, bio)) {
1854                 *req = __rq;
1855                 return ELEVATOR_FRONT_MERGE;
1856         }
1857
1858         return ELEVATOR_NO_MERGE;
1859 }
1860
1861 static void bfq_request_merged(struct request_queue *q, struct request *req,
1862                                enum elv_merge type)
1863 {
1864         if (type == ELEVATOR_FRONT_MERGE &&
1865             rb_prev(&req->rb_node) &&
1866             blk_rq_pos(req) <
1867             blk_rq_pos(container_of(rb_prev(&req->rb_node),
1868                                     struct request, rb_node))) {
1869                 struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(req);
1870                 struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
1871                 struct request *prev, *next_rq;
1872
1873                 /* Reposition request in its sort_list */
1874                 elv_rb_del(&bfqq->sort_list, req);
1875                 elv_rb_add(&bfqq->sort_list, req);
1876
1877                 /* Choose next request to be served for bfqq */
1878                 prev = bfqq->next_rq;
1879                 next_rq = bfq_choose_req(bfqd, bfqq->next_rq, req,
1880                                          bfqd->last_position);
1881                 bfqq->next_rq = next_rq;
1882                 /*
1883                  * If next_rq changes, update both the queue's budget to
1884                  * fit the new request and the queue's position in its
1885                  * rq_pos_tree.
1886                  */
1887                 if (prev != bfqq->next_rq) {
1888                         bfq_updated_next_req(bfqd, bfqq);
1889                         bfq_pos_tree_add_move(bfqd, bfqq);
1890                 }
1891         }
1892 }
1893
1894 static void bfq_requests_merged(struct request_queue *q, struct request *rq,
1895                                 struct request *next)
1896 {
1897         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq), *next_bfqq = RQ_BFQQ(next);
1898
1899         if (!RB_EMPTY_NODE(&rq->rb_node))
1900                 goto end;
1901         spin_lock_irq(&bfqq->bfqd->lock);
1902
1903         /*
1904          * If next and rq belong to the same bfq_queue and next is older
1905          * than rq, then reposition rq in the fifo (by substituting next
1906          * with rq). Otherwise, if next and rq belong to different
1907          * bfq_queues, never reposition rq: in fact, we would have to
1908          * reposition it with respect to next's position in its own fifo,
1909          * which would most certainly be too expensive with respect to
1910          * the benefits.
1911          */
1912         if (bfqq == next_bfqq &&
1913             !list_empty(&rq->queuelist) && !list_empty(&next->queuelist) &&
1914             next->fifo_time < rq->fifo_time) {
1915                 list_del_init(&rq->queuelist);
1916                 list_replace_init(&next->queuelist, &rq->queuelist);
1917                 rq->fifo_time = next->fifo_time;
1918         }
1919
1920         if (bfqq->next_rq == next)
1921                 bfqq->next_rq = rq;
1922
1923         bfq_remove_request(q, next);
1924         bfqg_stats_update_io_remove(bfqq_group(bfqq), next->cmd_flags);
1925
1926         spin_unlock_irq(&bfqq->bfqd->lock);
1927 end:
1928         bfqg_stats_update_io_merged(bfqq_group(bfqq), next->cmd_flags);
1929 }
1930
1931 /* Must be called with bfqq != NULL */
1932 static void bfq_bfqq_end_wr(struct bfq_queue *bfqq)
1933 {
1934         if (bfq_bfqq_busy(bfqq))
1935                 bfqq->bfqd->wr_busy_queues--;
1936         bfqq->wr_coeff = 1;
1937         bfqq->wr_cur_max_time = 0;
1938         bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
1939         /*
1940          * Trigger a weight change on the next invocation of
1941          * __bfq_entity_update_weight_prio.
1942          */
1943         bfqq->entity.prio_changed = 1;
1944 }
1945
1946 void bfq_end_wr_async_queues(struct bfq_data *bfqd,
1947                              struct bfq_group *bfqg)
1948 {
1949         int i, j;
1950
1951         for (i = 0; i < 2; i++)
1952                 for (j = 0; j < IOPRIO_BE_NR; j++)
1953                         if (bfqg->async_bfqq[i][j])
1954                                 bfq_bfqq_end_wr(bfqg->async_bfqq[i][j]);
1955         if (bfqg->async_idle_bfqq)
1956                 bfq_bfqq_end_wr(bfqg->async_idle_bfqq);
1957 }
1958
1959 static void bfq_end_wr(struct bfq_data *bfqd)
1960 {
1961         struct bfq_queue *bfqq;
1962
1963         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
1964
1965         list_for_each_entry(bfqq, &bfqd->active_list, bfqq_list)
1966                 bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
1967         list_for_each_entry(bfqq, &bfqd->idle_list, bfqq_list)
1968                 bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
1969         bfq_end_wr_async(bfqd);
1970
1971         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
1972 }
1973
1974 static sector_t bfq_io_struct_pos(void *io_struct, bool request)
1975 {
1976         if (request)
1977                 return blk_rq_pos(io_struct);
1978         else
1979                 return ((struct bio *)io_struct)->bi_iter.bi_sector;
1980 }
1981
1982 static int bfq_rq_close_to_sector(void *io_struct, bool request,
1983                                   sector_t sector)
1984 {
1985         return abs(bfq_io_struct_pos(io_struct, request) - sector) <=
1986                BFQQ_CLOSE_THR;
1987 }
1988
1989 static struct bfq_queue *bfqq_find_close(struct bfq_data *bfqd,
1990                                          struct bfq_queue *bfqq,
1991                                          sector_t sector)
1992 {
1993         struct rb_root *root = &bfq_bfqq_to_bfqg(bfqq)->rq_pos_tree;
1994         struct rb_node *parent, *node;
1995         struct bfq_queue *__bfqq;
1996
1997         if (RB_EMPTY_ROOT(root))
1998                 return NULL;
1999
2000         /*
2001          * First, if we find a request starting at the end of the last
2002          * request, choose it.
2003          */
2004         __bfqq = bfq_rq_pos_tree_lookup(bfqd, root, sector, &parent, NULL);
2005         if (__bfqq)
2006                 return __bfqq;
2007
2008         /*
2009          * If the exact sector wasn't found, the parent of the NULL leaf
2010          * will contain the closest sector (rq_pos_tree sorted by
2011          * next_request position).
2012          */
2013         __bfqq = rb_entry(parent, struct bfq_queue, pos_node);
2014         if (bfq_rq_close_to_sector(__bfqq->next_rq, true, sector))
2015                 return __bfqq;
2016
2017         if (blk_rq_pos(__bfqq->next_rq) < sector)
2018                 node = rb_next(&__bfqq->pos_node);
2019         else
2020                 node = rb_prev(&__bfqq->pos_node);
2021         if (!node)
2022                 return NULL;
2023
2024         __bfqq = rb_entry(node, struct bfq_queue, pos_node);
2025         if (bfq_rq_close_to_sector(__bfqq->next_rq, true, sector))
2026                 return __bfqq;
2027
2028         return NULL;
2029 }
2030
2031 static struct bfq_queue *bfq_find_close_cooperator(struct bfq_data *bfqd,
2032                                                    struct bfq_queue *cur_bfqq,
2033                                                    sector_t sector)
2034 {
2035         struct bfq_queue *bfqq;
2036
2037         /*
2038          * We shall notice if some of the queues are cooperating,
2039          * e.g., working closely on the same area of the device. In
2040          * that case, we can group them together and: 1) don't waste
2041          * time idling, and 2) serve the union of their requests in
2042          * the best possible order for throughput.
2043          */
2044         bfqq = bfqq_find_close(bfqd, cur_bfqq, sector);
2045         if (!bfqq || bfqq == cur_bfqq)
2046                 return NULL;
2047
2048         return bfqq;
2049 }
2050
2051 static struct bfq_queue *
2052 bfq_setup_merge(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_queue *new_bfqq)
2053 {
2054         int process_refs, new_process_refs;
2055         struct bfq_queue *__bfqq;
2056
2057         /*
2058          * If there are no process references on the new_bfqq, then it is
2059          * unsafe to follow the ->new_bfqq chain as other bfqq's in the chain
2060          * may have dropped their last reference (not just their last process
2061          * reference).
2062          */
2063         if (!bfqq_process_refs(new_bfqq))
2064                 return NULL;
2065
2066         /* Avoid a circular list and skip interim queue merges. */
2067         while ((__bfqq = new_bfqq->new_bfqq)) {
2068                 if (__bfqq == bfqq)
2069                         return NULL;
2070                 new_bfqq = __bfqq;
2071         }
2072
2073         process_refs = bfqq_process_refs(bfqq);
2074         new_process_refs = bfqq_process_refs(new_bfqq);
2075         /*
2076          * If the process for the bfqq has gone away, there is no
2077          * sense in merging the queues.
2078          */
2079         if (process_refs == 0 || new_process_refs == 0)
2080                 return NULL;
2081
2082         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "scheduling merge with queue %d",
2083                 new_bfqq->pid);
2084
2085         /*
2086          * Merging is just a redirection: the requests of the process
2087          * owning one of the two queues are redirected to the other queue.
2088          * The latter queue, in its turn, is set as shared if this is the
2089          * first time that the requests of some process are redirected to
2090          * it.
2091          *
2092          * We redirect bfqq to new_bfqq and not the opposite, because
2093          * we are in the context of the process owning bfqq, thus we
2094          * have the io_cq of this process. So we can immediately
2095          * configure this io_cq to redirect the requests of the
2096          * process to new_bfqq. In contrast, the io_cq of new_bfqq is
2097          * not available any more (new_bfqq->bic == NULL).
2098          *
2099          * Anyway, even in case new_bfqq coincides with the in-service
2100          * queue, redirecting requests the in-service queue is the
2101          * best option, as we feed the in-service queue with new
2102          * requests close to the last request served and, by doing so,
2103          * are likely to increase the throughput.
2104          */
2105         bfqq->new_bfqq = new_bfqq;
2106         new_bfqq->ref += process_refs;
2107         return new_bfqq;
2108 }
2109
2110 static bool bfq_may_be_close_cooperator(struct bfq_queue *bfqq,
2111                                         struct bfq_queue *new_bfqq)
2112 {
2113         if (bfq_too_late_for_merging(new_bfqq))
2114                 return false;
2115
2116         if (bfq_class_idle(bfqq) || bfq_class_idle(new_bfqq) ||
2117             (bfqq->ioprio_class != new_bfqq->ioprio_class))
2118                 return false;
2119
2120         /*
2121          * If either of the queues has already been detected as seeky,
2122          * then merging it with the other queue is unlikely to lead to
2123          * sequential I/O.
2124          */
2125         if (BFQQ_SEEKY(bfqq) || BFQQ_SEEKY(new_bfqq))
2126                 return false;
2127
2128         /*
2129          * Interleaved I/O is known to be done by (some) applications
2130          * only for reads, so it does not make sense to merge async
2131          * queues.
2132          */
2133         if (!bfq_bfqq_sync(bfqq) || !bfq_bfqq_sync(new_bfqq))
2134                 return false;
2135
2136         return true;
2137 }
2138
2139 /*
2140  * Attempt to schedule a merge of bfqq with the currently in-service
2141  * queue or with a close queue among the scheduled queues.  Return
2142  * NULL if no merge was scheduled, a pointer to the shared bfq_queue
2143  * structure otherwise.
2144  *
2145  * The OOM queue is not allowed to participate to cooperation: in fact, since
2146  * the requests temporarily redirected to the OOM queue could be redirected
2147  * again to dedicated queues at any time, the state needed to correctly
2148  * handle merging with the OOM queue would be quite complex and expensive
2149  * to maintain. Besides, in such a critical condition as an out of memory,
2150  * the benefits of queue merging may be little relevant, or even negligible.
2151  *
2152  * WARNING: queue merging may impair fairness among non-weight raised
2153  * queues, for at least two reasons: 1) the original weight of a
2154  * merged queue may change during the merged state, 2) even being the
2155  * weight the same, a merged queue may be bloated with many more
2156  * requests than the ones produced by its originally-associated
2157  * process.
2158  */
2159 static struct bfq_queue *
2160 bfq_setup_cooperator(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
2161                      void *io_struct, bool request)
2162 {
2163         struct bfq_queue *in_service_bfqq, *new_bfqq;
2164
2165         /*
2166          * Prevent bfqq from being merged if it has been created too
2167          * long ago. The idea is that true cooperating processes, and
2168          * thus their associated bfq_queues, are supposed to be
2169          * created shortly after each other. This is the case, e.g.,
2170          * for KVM/QEMU and dump I/O threads. Basing on this
2171          * assumption, the following filtering greatly reduces the
2172          * probability that two non-cooperating processes, which just
2173          * happen to do close I/O for some short time interval, have
2174          * their queues merged by mistake.
2175          */
2176         if (bfq_too_late_for_merging(bfqq))
2177                 return NULL;
2178
2179         if (bfqq->new_bfqq)
2180                 return bfqq->new_bfqq;
2181
2182         if (!io_struct || unlikely(bfqq == &bfqd->oom_bfqq))
2183                 return NULL;
2184
2185         /* If there is only one backlogged queue, don't search. */
2186         if (bfqd->busy_queues == 1)
2187                 return NULL;
2188
2189         in_service_bfqq = bfqd->in_service_queue;
2190
2191         if (in_service_bfqq && in_service_bfqq != bfqq &&
2192             likely(in_service_bfqq != &bfqd->oom_bfqq) &&
2193             bfq_rq_close_to_sector(io_struct, request, bfqd->last_position) &&
2194             bfqq->entity.parent == in_service_bfqq->entity.parent &&
2195             bfq_may_be_close_cooperator(bfqq, in_service_bfqq)) {
2196                 new_bfqq = bfq_setup_merge(bfqq, in_service_bfqq);
2197                 if (new_bfqq)
2198                         return new_bfqq;
2199         }
2200         /*
2201          * Check whether there is a cooperator among currently scheduled
2202          * queues. The only thing we need is that the bio/request is not
2203          * NULL, as we need it to establish whether a cooperator exists.
2204          */
2205         new_bfqq = bfq_find_close_cooperator(bfqd, bfqq,
2206                         bfq_io_struct_pos(io_struct, request));
2207
2208         if (new_bfqq && likely(new_bfqq != &bfqd->oom_bfqq) &&
2209             bfq_may_be_close_cooperator(bfqq, new_bfqq))
2210                 return bfq_setup_merge(bfqq, new_bfqq);
2211
2212         return NULL;
2213 }
2214
2215 static void bfq_bfqq_save_state(struct bfq_queue *bfqq)
2216 {
2217         struct bfq_io_cq *bic = bfqq->bic;
2218
2219         /*
2220          * If !bfqq->bic, the queue is already shared or its requests
2221          * have already been redirected to a shared queue; both idle window
2222          * and weight raising state have already been saved. Do nothing.
2223          */
2224         if (!bic)
2225                 return;
2226
2227         bic->saved_ttime = bfqq->ttime;
2228         bic->saved_has_short_ttime = bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
2229         bic->saved_IO_bound = bfq_bfqq_IO_bound(bfqq);
2230         bic->saved_in_large_burst = bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq);
2231         bic->was_in_burst_list = !hlist_unhashed(&bfqq->burst_list_node);
2232         if (unlikely(bfq_bfqq_just_created(bfqq) &&
2233                      !bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq) &&
2234                      bfqq->bfqd->low_latency)) {
2235                 /*
2236                  * bfqq being merged right after being created: bfqq
2237                  * would have deserved interactive weight raising, but
2238                  * did not make it to be set in a weight-raised state,
2239                  * because of this early merge. Store directly the
2240                  * weight-raising state that would have been assigned
2241                  * to bfqq, so that to avoid that bfqq unjustly fails
2242                  * to enjoy weight raising if split soon.
2243                  */
2244                 bic->saved_wr_coeff = bfqq->bfqd->bfq_wr_coeff;
2245                 bic->saved_wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqq->bfqd);
2246                 bic->saved_last_wr_start_finish = jiffies;
2247         } else {
2248                 bic->saved_wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
2249                 bic->saved_wr_start_at_switch_to_srt =
2250                         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt;
2251                 bic->saved_last_wr_start_finish = bfqq->last_wr_start_finish;
2252                 bic->saved_wr_cur_max_time = bfqq->wr_cur_max_time;
2253         }
2254 }
2255
2256 static void
2257 bfq_merge_bfqqs(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_io_cq *bic,
2258                 struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_queue *new_bfqq)
2259 {
2260         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "merging with queue %lu",
2261                 (unsigned long)new_bfqq->pid);
2262         /* Save weight raising and idle window of the merged queues */
2263         bfq_bfqq_save_state(bfqq);
2264         bfq_bfqq_save_state(new_bfqq);
2265         if (bfq_bfqq_IO_bound(bfqq))
2266                 bfq_mark_bfqq_IO_bound(new_bfqq);
2267         bfq_clear_bfqq_IO_bound(bfqq);
2268
2269         /*
2270          * If bfqq is weight-raised, then let new_bfqq inherit
2271          * weight-raising. To reduce false positives, neglect the case
2272          * where bfqq has just been created, but has not yet made it
2273          * to be weight-raised (which may happen because EQM may merge
2274          * bfqq even before bfq_add_request is executed for the first
2275          * time for bfqq). Handling this case would however be very
2276          * easy, thanks to the flag just_created.
2277          */
2278         if (new_bfqq->wr_coeff == 1 && bfqq->wr_coeff > 1) {
2279                 new_bfqq->wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
2280                 new_bfqq->wr_cur_max_time = bfqq->wr_cur_max_time;
2281                 new_bfqq->last_wr_start_finish = bfqq->last_wr_start_finish;
2282                 new_bfqq->wr_start_at_switch_to_srt =
2283                         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt;
2284                 if (bfq_bfqq_busy(new_bfqq))
2285                         bfqd->wr_busy_queues++;
2286                 new_bfqq->entity.prio_changed = 1;
2287         }
2288
2289         if (bfqq->wr_coeff > 1) { /* bfqq has given its wr to new_bfqq */
2290                 bfqq->wr_coeff = 1;
2291                 bfqq->entity.prio_changed = 1;
2292                 if (bfq_bfqq_busy(bfqq))
2293                         bfqd->wr_busy_queues--;
2294         }
2295
2296         bfq_log_bfqq(bfqd, new_bfqq, "merge_bfqqs: wr_busy %d",
2297                      bfqd->wr_busy_queues);
2298
2299         /*
2300          * Merge queues (that is, let bic redirect its requests to new_bfqq)
2301          */
2302         bic_set_bfqq(bic, new_bfqq, 1);
2303         bfq_mark_bfqq_coop(new_bfqq);
2304         /*
2305          * new_bfqq now belongs to at least two bics (it is a shared queue):
2306          * set new_bfqq->bic to NULL. bfqq either:
2307          * - does not belong to any bic any more, and hence bfqq->bic must
2308          *   be set to NULL, or
2309          * - is a queue whose owning bics have already been redirected to a
2310          *   different queue, hence the queue is destined to not belong to
2311          *   any bic soon and bfqq->bic is already NULL (therefore the next
2312          *   assignment causes no harm).
2313          */
2314         new_bfqq->bic = NULL;
2315         bfqq->bic = NULL;
2316         /* release process reference to bfqq */
2317         bfq_put_queue(bfqq);
2318 }
2319
2320 static bool bfq_allow_bio_merge(struct request_queue *q, struct request *rq,
2321                                 struct bio *bio)
2322 {
2323         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
2324         bool is_sync = op_is_sync(bio->bi_opf);
2325         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->bio_bfqq, *new_bfqq;
2326
2327         /*
2328          * Disallow merge of a sync bio into an async request.
2329          */
2330         if (is_sync && !rq_is_sync(rq))
2331                 return false;
2332
2333         /*
2334          * Lookup the bfqq that this bio will be queued with. Allow
2335          * merge only if rq is queued there.
2336          */
2337         if (!bfqq)
2338                 return false;
2339
2340         /*
2341          * We take advantage of this function to perform an early merge
2342          * of the queues of possible cooperating processes.
2343          */
2344         new_bfqq = bfq_setup_cooperator(bfqd, bfqq, bio, false);
2345         if (new_bfqq) {
2346                 /*
2347                  * bic still points to bfqq, then it has not yet been
2348                  * redirected to some other bfq_queue, and a queue
2349                  * merge beween bfqq and new_bfqq can be safely
2350                  * fulfillled, i.e., bic can be redirected to new_bfqq
2351                  * and bfqq can be put.
2352                  */
2353                 bfq_merge_bfqqs(bfqd, bfqd->bio_bic, bfqq,
2354                                 new_bfqq);
2355                 /*
2356                  * If we get here, bio will be queued into new_queue,
2357                  * so use new_bfqq to decide whether bio and rq can be
2358                  * merged.
2359                  */
2360                 bfqq = new_bfqq;
2361
2362                 /*
2363                  * Change also bqfd->bio_bfqq, as
2364                  * bfqd->bio_bic now points to new_bfqq, and
2365                  * this function may be invoked again (and then may
2366                  * use again bqfd->bio_bfqq).
2367                  */
2368                 bfqd->bio_bfqq = bfqq;
2369         }
2370
2371         return bfqq == RQ_BFQQ(rq);
2372 }
2373
2374 /*
2375  * Set the maximum time for the in-service queue to consume its
2376  * budget. This prevents seeky processes from lowering the throughput.
2377  * In practice, a time-slice service scheme is used with seeky
2378  * processes.
2379  */
2380 static void bfq_set_budget_timeout(struct bfq_data *bfqd,
2381                                    struct bfq_queue *bfqq)
2382 {
2383         unsigned int timeout_coeff;
2384
2385         if (bfqq->wr_cur_max_time == bfqd->bfq_wr_rt_max_time)
2386                 timeout_coeff = 1;
2387         else
2388                 timeout_coeff = bfqq->entity.weight / bfqq->entity.orig_weight;
2389
2390         bfqd->last_budget_start = ktime_get();
2391
2392         bfqq->budget_timeout = jiffies +
2393                 bfqd->bfq_timeout * timeout_coeff;
2394 }
2395
2396 static void __bfq_set_in_service_queue(struct bfq_data *bfqd,
2397                                        struct bfq_queue *bfqq)
2398 {
2399         if (bfqq) {
2400                 bfq_clear_bfqq_fifo_expire(bfqq);
2401
2402                 bfqd->budgets_assigned = (bfqd->budgets_assigned * 7 + 256) / 8;
2403
2404                 if (time_is_before_jiffies(bfqq->last_wr_start_finish) &&
2405                     bfqq->wr_coeff > 1 &&
2406                     bfqq->wr_cur_max_time == bfqd->bfq_wr_rt_max_time &&
2407                     time_is_before_jiffies(bfqq->budget_timeout)) {
2408                         /*
2409                          * For soft real-time queues, move the start
2410                          * of the weight-raising period forward by the
2411                          * time the queue has not received any
2412                          * service. Otherwise, a relatively long
2413                          * service delay is likely to cause the
2414                          * weight-raising period of the queue to end,
2415                          * because of the short duration of the
2416                          * weight-raising period of a soft real-time
2417                          * queue.  It is worth noting that this move
2418                          * is not so dangerous for the other queues,
2419                          * because soft real-time queues are not
2420                          * greedy.
2421                          *
2422                          * To not add a further variable, we use the
2423                          * overloaded field budget_timeout to
2424                          * determine for how long the queue has not
2425                          * received service, i.e., how much time has
2426                          * elapsed since the queue expired. However,
2427                          * this is a little imprecise, because
2428                          * budget_timeout is set to jiffies if bfqq
2429                          * not only expires, but also remains with no
2430                          * request.
2431                          */
2432                         if (time_after(bfqq->budget_timeout,
2433                                        bfqq->last_wr_start_finish))
2434                                 bfqq->last_wr_start_finish +=
2435                                         jiffies - bfqq->budget_timeout;
2436                         else
2437                                 bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
2438                 }
2439
2440                 bfq_set_budget_timeout(bfqd, bfqq);
2441                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq,
2442                              "set_in_service_queue, cur-budget = %d",
2443                              bfqq->entity.budget);
2444         }
2445
2446         bfqd->in_service_queue = bfqq;
2447 }
2448
2449 /*
2450  * Get and set a new queue for service.
2451  */
2452 static struct bfq_queue *bfq_set_in_service_queue(struct bfq_data *bfqd)
2453 {
2454         struct bfq_queue *bfqq = bfq_get_next_queue(bfqd);
2455
2456         __bfq_set_in_service_queue(bfqd, bfqq);
2457         return bfqq;
2458 }
2459
2460 static void bfq_arm_slice_timer(struct bfq_data *bfqd)
2461 {
2462         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->in_service_queue;
2463         u32 sl;
2464
2465         bfq_mark_bfqq_wait_request(bfqq);
2466
2467         /*
2468          * We don't want to idle for seeks, but we do want to allow
2469          * fair distribution of slice time for a process doing back-to-back
2470          * seeks. So allow a little bit of time for him to submit a new rq.
2471          */
2472         sl = bfqd->bfq_slice_idle;
2473         /*
2474          * Unless the queue is being weight-raised or the scenario is
2475          * asymmetric, grant only minimum idle time if the queue
2476          * is seeky. A long idling is preserved for a weight-raised
2477          * queue, or, more in general, in an asymmetric scenario,
2478          * because a long idling is needed for guaranteeing to a queue
2479          * its reserved share of the throughput (in particular, it is
2480          * needed if the queue has a higher weight than some other
2481          * queue).
2482          */
2483         if (BFQQ_SEEKY(bfqq) && bfqq->wr_coeff == 1 &&
2484             bfq_symmetric_scenario(bfqd))
2485                 sl = min_t(u64, sl, BFQ_MIN_TT);
2486
2487         bfqd->last_idling_start = ktime_get();
2488         hrtimer_start(&bfqd->idle_slice_timer, ns_to_ktime(sl),
2489                       HRTIMER_MODE_REL);
2490         bfqg_stats_set_start_idle_time(bfqq_group(bfqq));
2491 }
2492
2493 /*
2494  * In autotuning mode, max_budget is dynamically recomputed as the
2495  * amount of sectors transferred in timeout at the estimated peak
2496  * rate. This enables BFQ to utilize a full timeslice with a full
2497  * budget, even if the in-service queue is served at peak rate. And
2498  * this maximises throughput with sequential workloads.
2499  */
2500 static unsigned long bfq_calc_max_budget(struct bfq_data *bfqd)
2501 {
2502         return (u64)bfqd->peak_rate * USEC_PER_MSEC *
2503                 jiffies_to_msecs(bfqd->bfq_timeout)>>BFQ_RATE_SHIFT;
2504 }
2505
2506 /*
2507  * Update parameters related to throughput and responsiveness, as a
2508  * function of the estimated peak rate. See comments on
2509  * bfq_calc_max_budget(), and on T_slow and T_fast arrays.
2510  */
2511 static void update_thr_responsiveness_params(struct bfq_data *bfqd)
2512 {
2513         int dev_type = blk_queue_nonrot(bfqd->queue);
2514
2515         if (bfqd->bfq_user_max_budget == 0)
2516                 bfqd->bfq_max_budget =
2517                         bfq_calc_max_budget(bfqd);
2518
2519         if (bfqd->device_speed == BFQ_BFQD_FAST &&
2520             bfqd->peak_rate < device_speed_thresh[dev_type]) {
2521                 bfqd->device_speed = BFQ_BFQD_SLOW;
2522                 bfqd->RT_prod = R_slow[dev_type] *
2523                         T_slow[dev_type];
2524         } else if (bfqd->device_speed == BFQ_BFQD_SLOW &&
2525                    bfqd->peak_rate > device_speed_thresh[dev_type]) {
2526                 bfqd->device_speed = BFQ_BFQD_FAST;
2527                 bfqd->RT_prod = R_fast[dev_type] *
2528                         T_fast[dev_type];
2529         }
2530
2531         bfq_log(bfqd,
2532 "dev_type %s dev_speed_class = %s (%llu sects/sec), thresh %llu setcs/sec",
2533                 dev_type == 0 ? "ROT" : "NONROT",
2534                 bfqd->device_speed == BFQ_BFQD_FAST ? "FAST" : "SLOW",
2535                 bfqd->device_speed == BFQ_BFQD_FAST ?
2536                 (USEC_PER_SEC*(u64)R_fast[dev_type])>>BFQ_RATE_SHIFT :
2537                 (USEC_PER_SEC*(u64)R_slow[dev_type])>>BFQ_RATE_SHIFT,
2538                 (USEC_PER_SEC*(u64)device_speed_thresh[dev_type])>>
2539                 BFQ_RATE_SHIFT);
2540 }
2541
2542 static void bfq_reset_rate_computation(struct bfq_data *bfqd,
2543                                        struct request *rq)
2544 {
2545         if (rq != NULL) { /* new rq dispatch now, reset accordingly */
2546                 bfqd->last_dispatch = bfqd->first_dispatch = ktime_get_ns();
2547                 bfqd->peak_rate_samples = 1;
2548                 bfqd->sequential_samples = 0;
2549                 bfqd->tot_sectors_dispatched = bfqd->last_rq_max_size =
2550                         blk_rq_sectors(rq);
2551         } else /* no new rq dispatched, just reset the number of samples */
2552                 bfqd->peak_rate_samples = 0; /* full re-init on next disp. */
2553
2554         bfq_log(bfqd,
2555                 "reset_rate_computation at end, sample %u/%u tot_sects %llu",
2556                 bfqd->peak_rate_samples, bfqd->sequential_samples,
2557                 bfqd->tot_sectors_dispatched);
2558 }
2559
2560 static void bfq_update_rate_reset(struct bfq_data *bfqd, struct request *rq)
2561 {
2562         u32 rate, weight, divisor;
2563
2564         /*
2565          * For the convergence property to hold (see comments on
2566          * bfq_update_peak_rate()) and for the assessment to be
2567          * reliable, a minimum number of samples must be present, and
2568          * a minimum amount of time must have elapsed. If not so, do
2569          * not compute new rate. Just reset parameters, to get ready
2570          * for a new evaluation attempt.
2571          */
2572         if (bfqd->peak_rate_samples < BFQ_RATE_MIN_SAMPLES ||
2573             bfqd->delta_from_first < BFQ_RATE_MIN_INTERVAL)
2574                 goto reset_computation;
2575
2576         /*
2577          * If a new request completion has occurred after last
2578          * dispatch, then, to approximate the rate at which requests
2579          * have been served by the device, it is more precise to
2580          * extend the observation interval to the last completion.
2581          */
2582         bfqd->delta_from_first =
2583                 max_t(u64, bfqd->delta_from_first,
2584                       bfqd->last_completion - bfqd->first_dispatch);
2585
2586         /*
2587          * Rate computed in sects/usec, and not sects/nsec, for
2588          * precision issues.
2589          */
2590         rate = div64_ul(bfqd->tot_sectors_dispatched<<BFQ_RATE_SHIFT,
2591                         div_u64(bfqd->delta_from_first, NSEC_PER_USEC));
2592
2593         /*
2594          * Peak rate not updated if:
2595          * - the percentage of sequential dispatches is below 3/4 of the
2596          *   total, and rate is below the current estimated peak rate
2597          * - rate is unreasonably high (> 20M sectors/sec)
2598          */
2599         if ((bfqd->sequential_samples < (3 * bfqd->peak_rate_samples)>>2 &&
2600              rate <= bfqd->peak_rate) ||
2601                 rate > 20<<BFQ_RATE_SHIFT)
2602                 goto reset_computation;
2603
2604         /*
2605          * We have to update the peak rate, at last! To this purpose,
2606          * we use a low-pass filter. We compute the smoothing constant
2607          * of the filter as a function of the 'weight' of the new
2608          * measured rate.
2609          *
2610          * As can be seen in next formulas, we define this weight as a
2611          * quantity proportional to how sequential the workload is,
2612          * and to how long the observation time interval is.
2613          *
2614          * The weight runs from 0 to 8. The maximum value of the
2615          * weight, 8, yields the minimum value for the smoothing
2616          * constant. At this minimum value for the smoothing constant,
2617          * the measured rate contributes for half of the next value of
2618          * the estimated peak rate.
2619          *
2620          * So, the first step is to compute the weight as a function
2621          * of how sequential the workload is. Note that the weight
2622          * cannot reach 9, because bfqd->sequential_samples cannot
2623          * become equal to bfqd->peak_rate_samples, which, in its
2624          * turn, holds true because bfqd->sequential_samples is not
2625          * incremented for the first sample.
2626          */
2627         weight = (9 * bfqd->sequential_samples) / bfqd->peak_rate_samples;
2628
2629         /*
2630          * Second step: further refine the weight as a function of the
2631          * duration of the observation interval.
2632          */
2633         weight = min_t(u32, 8,
2634                        div_u64(weight * bfqd->delta_from_first,
2635                                BFQ_RATE_REF_INTERVAL));
2636
2637         /*
2638          * Divisor ranging from 10, for minimum weight, to 2, for
2639          * maximum weight.
2640          */
2641         divisor = 10 - weight;
2642
2643         /*
2644          * Finally, update peak rate:
2645          *
2646          * peak_rate = peak_rate * (divisor-1) / divisor  +  rate / divisor
2647          */
2648         bfqd->peak_rate *= divisor-1;
2649         bfqd->peak_rate /= divisor;
2650         rate /= divisor; /* smoothing constant alpha = 1/divisor */
2651
2652         bfqd->peak_rate += rate;
2653
2654         /*
2655          * For a very slow device, bfqd->peak_rate can reach 0 (see
2656          * the minimum representable values reported in the comments
2657          * on BFQ_RATE_SHIFT). Push to 1 if this happens, to avoid
2658          * divisions by zero where bfqd->peak_rate is used as a
2659          * divisor.
2660          */
2661         bfqd->peak_rate = max_t(u32, 1, bfqd->peak_rate);
2662
2663         update_thr_responsiveness_params(bfqd);
2664
2665 reset_computation:
2666         bfq_reset_rate_computation(bfqd, rq);
2667 }
2668
2669 /*
2670  * Update the read/write peak rate (the main quantity used for
2671  * auto-tuning, see update_thr_responsiveness_params()).
2672  *
2673  * It is not trivial to estimate the peak rate (correctly): because of
2674  * the presence of sw and hw queues between the scheduler and the
2675  * device components that finally serve I/O requests, it is hard to
2676  * say exactly when a given dispatched request is served inside the
2677  * device, and for how long. As a consequence, it is hard to know
2678  * precisely at what rate a given set of requests is actually served
2679  * by the device.
2680  *
2681  * On the opposite end, the dispatch time of any request is trivially
2682  * available, and, from this piece of information, the "dispatch rate"
2683  * of requests can be immediately computed. So, the idea in the next
2684  * function is to use what is known, namely request dispatch times
2685  * (plus, when useful, request completion times), to estimate what is
2686  * unknown, namely in-device request service rate.
2687  *
2688  * The main issue is that, because of the above facts, the rate at
2689  * which a certain set of requests is dispatched over a certain time
2690  * interval can vary greatly with respect to the rate at which the
2691  * same requests are then served. But, since the size of any
2692  * intermediate queue is limited, and the service scheme is lossless
2693  * (no request is silently dropped), the following obvious convergence
2694  * property holds: the number of requests dispatched MUST become
2695  * closer and closer to the number of requests completed as the
2696  * observation interval grows. This is the key property used in
2697  * the next function to estimate the peak service rate as a function
2698  * of the observed dispatch rate. The function assumes to be invoked
2699  * on every request dispatch.
2700  */
2701 static void bfq_update_peak_rate(struct bfq_data *bfqd, struct request *rq)
2702 {
2703         u64 now_ns = ktime_get_ns();
2704
2705         if (bfqd->peak_rate_samples == 0) { /* first dispatch */
2706                 bfq_log(bfqd, "update_peak_rate: goto reset, samples %d",
2707                         bfqd->peak_rate_samples);
2708                 bfq_reset_rate_computation(bfqd, rq);
2709                 goto update_last_values; /* will add one sample */
2710         }
2711
2712         /*
2713          * Device idle for very long: the observation interval lasting
2714          * up to this dispatch cannot be a valid observation interval
2715          * for computing a new peak rate (similarly to the late-
2716          * completion event in bfq_completed_request()). Go to
2717          * update_rate_and_reset to have the following three steps
2718          * taken:
2719          * - close the observation interval at the last (previous)
2720          *   request dispatch or completion
2721          * - compute rate, if possible, for that observation interval
2722          * - start a new observation interval with this dispatch
2723          */
2724         if (now_ns - bfqd->last_dispatch > 100*NSEC_PER_MSEC &&
2725             bfqd->rq_in_driver == 0)
2726                 goto update_rate_and_reset;
2727
2728         /* Update sampling information */
2729         bfqd->peak_rate_samples++;
2730
2731         if ((bfqd->rq_in_driver > 0 ||
2732                 now_ns - bfqd->last_completion < BFQ_MIN_TT)
2733              && get_sdist(bfqd->last_position, rq) < BFQQ_SEEK_THR)
2734                 bfqd->sequential_samples++;
2735
2736         bfqd->tot_sectors_dispatched += blk_rq_sectors(rq);
2737
2738         /* Reset max observed rq size every 32 dispatches */
2739         if (likely(bfqd->peak_rate_samples % 32))
2740                 bfqd->last_rq_max_size =
2741                         max_t(u32, blk_rq_sectors(rq), bfqd->last_rq_max_size);
2742         else
2743                 bfqd->last_rq_max_size = blk_rq_sectors(rq);
2744
2745         bfqd->delta_from_first = now_ns - bfqd->first_dispatch;
2746
2747         /* Target observation interval not yet reached, go on sampling */
2748         if (bfqd->delta_from_first < BFQ_RATE_REF_INTERVAL)
2749                 goto update_last_values;
2750
2751 update_rate_and_reset:
2752         bfq_update_rate_reset(bfqd, rq);
2753 update_last_values:
2754         bfqd->last_position = blk_rq_pos(rq) + blk_rq_sectors(rq);
2755         bfqd->last_dispatch = now_ns;
2756 }
2757
2758 /*
2759  * Remove request from internal lists.
2760  */
2761 static void bfq_dispatch_remove(struct request_queue *q, struct request *rq)
2762 {
2763         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
2764
2765         /*
2766          * For consistency, the next instruction should have been
2767          * executed after removing the request from the queue and
2768          * dispatching it.  We execute instead this instruction before
2769          * bfq_remove_request() (and hence introduce a temporary
2770          * inconsistency), for efficiency.  In fact, should this
2771          * dispatch occur for a non in-service bfqq, this anticipated
2772          * increment prevents two counters related to bfqq->dispatched
2773          * from risking to be, first, uselessly decremented, and then
2774          * incremented again when the (new) value of bfqq->dispatched
2775          * happens to be taken into account.
2776          */
2777         bfqq->dispatched++;
2778         bfq_update_peak_rate(q->elevator->elevator_data, rq);
2779
2780         bfq_remove_request(q, rq);
2781 }
2782
2783 static void __bfq_bfqq_expire(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
2784 {
2785         /*
2786          * If this bfqq is shared between multiple processes, check
2787          * to make sure that those processes are still issuing I/Os
2788          * within the mean seek distance. If not, it may be time to
2789          * break the queues apart again.
2790          */
2791         if (bfq_bfqq_coop(bfqq) && BFQQ_SEEKY(bfqq))
2792                 bfq_mark_bfqq_split_coop(bfqq);
2793
2794         if (RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list)) {
2795                 if (bfqq->dispatched == 0)
2796                         /*
2797                          * Overloading budget_timeout field to store
2798                          * the time at which the queue remains with no
2799                          * backlog and no outstanding request; used by
2800                          * the weight-raising mechanism.
2801                          */
2802                         bfqq->budget_timeout = jiffies;
2803
2804                 bfq_del_bfqq_busy(bfqd, bfqq, true);
2805         } else {
2806                 bfq_requeue_bfqq(bfqd, bfqq, true);
2807                 /*
2808                  * Resort priority tree of potential close cooperators.
2809                  */
2810                 bfq_pos_tree_add_move(bfqd, bfqq);
2811         }
2812
2813         /*
2814          * All in-service entities must have been properly deactivated
2815          * or requeued before executing the next function, which
2816          * resets all in-service entites as no more in service.
2817          */
2818         __bfq_bfqd_reset_in_service(bfqd);
2819 }
2820
2821 /**
2822  * __bfq_bfqq_recalc_budget - try to adapt the budget to the @bfqq behavior.
2823  * @bfqd: device data.
2824  * @bfqq: queue to update.
2825  * @reason: reason for expiration.
2826  *
2827  * Handle the feedback on @bfqq budget at queue expiration.
2828  * See the body for detailed comments.
2829  */
2830 static void __bfq_bfqq_recalc_budget(struct bfq_data *bfqd,
2831                                      struct bfq_queue *bfqq,
2832                                      enum bfqq_expiration reason)
2833 {
2834         struct request *next_rq;
2835         int budget, min_budget;
2836
2837         min_budget = bfq_min_budget(bfqd);
2838
2839         if (bfqq->wr_coeff == 1)
2840                 budget = bfqq->max_budget;
2841         else /*
2842               * Use a constant, low budget for weight-raised queues,
2843               * to help achieve a low latency. Keep it slightly higher
2844               * than the minimum possible budget, to cause a little
2845               * bit fewer expirations.
2846               */
2847                 budget = 2 * min_budget;
2848
2849         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "recalc_budg: last budg %d, budg left %d",
2850                 bfqq->entity.budget, bfq_bfqq_budget_left(bfqq));
2851         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "recalc_budg: last max_budg %d, min budg %d",
2852                 budget, bfq_min_budget(bfqd));
2853         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "recalc_budg: sync %d, seeky %d",
2854                 bfq_bfqq_sync(bfqq), BFQQ_SEEKY(bfqd->in_service_queue));
2855
2856         if (bfq_bfqq_sync(bfqq) && bfqq->wr_coeff == 1) {
2857                 switch (reason) {
2858                 /*
2859                  * Caveat: in all the following cases we trade latency
2860                  * for throughput.
2861                  */
2862                 case BFQQE_TOO_IDLE:
2863                         /*
2864                          * This is the only case where we may reduce
2865                          * the budget: if there is no request of the
2866                          * process still waiting for completion, then
2867                          * we assume (tentatively) that the timer has
2868                          * expired because the batch of requests of
2869                          * the process could have been served with a
2870                          * smaller budget.  Hence, betting that
2871                          * process will behave in the same way when it
2872                          * becomes backlogged again, we reduce its
2873                          * next budget.  As long as we guess right,
2874                          * this budget cut reduces the latency
2875                          * experienced by the process.
2876                          *
2877                          * However, if there are still outstanding
2878                          * requests, then the process may have not yet
2879                          * issued its next request just because it is
2880                          * still waiting for the completion of some of
2881                          * the still outstanding ones.  So in this
2882                          * subcase we do not reduce its budget, on the
2883                          * contrary we increase it to possibly boost
2884                          * the throughput, as discussed in the
2885                          * comments to the BUDGET_TIMEOUT case.
2886                          */
2887                         if (bfqq->dispatched > 0) /* still outstanding reqs */
2888                                 budget = min(budget * 2, bfqd->bfq_max_budget);
2889                         else {
2890                                 if (budget > 5 * min_budget)
2891                                         budget -= 4 * min_budget;
2892                                 else
2893                                         budget = min_budget;
2894                         }
2895                         break;
2896                 case BFQQE_BUDGET_TIMEOUT:
2897                         /*
2898                          * We double the budget here because it gives
2899                          * the chance to boost the throughput if this
2900                          * is not a seeky process (and has bumped into
2901                          * this timeout because of, e.g., ZBR).
2902                          */
2903                         budget = min(budget * 2, bfqd->bfq_max_budget);
2904                         break;
2905                 case BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED:
2906                         /*
2907                          * The process still has backlog, and did not
2908                          * let either the budget timeout or the disk
2909                          * idling timeout expire. Hence it is not
2910                          * seeky, has a short thinktime and may be
2911                          * happy with a higher budget too. So
2912                          * definitely increase the budget of this good
2913                          * candidate to boost the disk throughput.
2914                          */
2915                         budget = min(budget * 4, bfqd->bfq_max_budget);
2916                         break;
2917                 case BFQQE_NO_MORE_REQUESTS:
2918                         /*
2919                          * For queues that expire for this reason, it
2920                          * is particularly important to keep the
2921                          * budget close to the actual service they
2922                          * need. Doing so reduces the timestamp
2923                          * misalignment problem described in the
2924                          * comments in the body of
2925                          * __bfq_activate_entity. In fact, suppose
2926                          * that a queue systematically expires for
2927                          * BFQQE_NO_MORE_REQUESTS and presents a
2928                          * new request in time to enjoy timestamp
2929                          * back-shifting. The larger the budget of the
2930                          * queue is with respect to the service the
2931                          * queue actually requests in each service
2932                          * slot, the more times the queue can be
2933                          * reactivated with the same virtual finish
2934                          * time. It follows that, even if this finish
2935                          * time is pushed to the system virtual time
2936                          * to reduce the consequent timestamp
2937                          * misalignment, the queue unjustly enjoys for
2938                          * many re-activations a lower finish time
2939                          * than all newly activated queues.
2940                          *
2941                          * The service needed by bfqq is measured
2942                          * quite precisely by bfqq->entity.service.
2943                          * Since bfqq does not enjoy device idling,
2944                          * bfqq->entity.service is equal to the number
2945                          * of sectors that the process associated with
2946                          * bfqq requested to read/write before waiting
2947                          * for request completions, or blocking for
2948                          * other reasons.
2949                          */
2950                         budget = max_t(int, bfqq->entity.service, min_budget);
2951                         break;
2952                 default:
2953                         return;
2954                 }
2955         } else if (!bfq_bfqq_sync(bfqq)) {
2956                 /*
2957                  * Async queues get always the maximum possible
2958                  * budget, as for them we do not care about latency
2959                  * (in addition, their ability to dispatch is limited
2960                  * by the charging factor).
2961                  */
2962                 budget = bfqd->bfq_max_budget;
2963         }
2964
2965         bfqq->max_budget = budget;
2966
2967         if (bfqd->budgets_assigned >= bfq_stats_min_budgets &&
2968             !bfqd->bfq_user_max_budget)
2969                 bfqq->max_budget = min(bfqq->max_budget, bfqd->bfq_max_budget);
2970
2971         /*
2972          * If there is still backlog, then assign a new budget, making
2973          * sure that it is large enough for the next request.  Since
2974          * the finish time of bfqq must be kept in sync with the
2975          * budget, be sure to call __bfq_bfqq_expire() *after* this
2976          * update.
2977          *
2978          * If there is no backlog, then no need to update the budget;
2979          * it will be updated on the arrival of a new request.
2980          */
2981         next_rq = bfqq->next_rq;
2982         if (next_rq)
2983                 bfqq->entity.budget = max_t(unsigned long, bfqq->max_budget,
2984                                             bfq_serv_to_charge(next_rq, bfqq));
2985
2986         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "head sect: %u, new budget %d",
2987                         next_rq ? blk_rq_sectors(next_rq) : 0,
2988                         bfqq->entity.budget);
2989 }
2990
2991 /*
2992  * Return true if the process associated with bfqq is "slow". The slow
2993  * flag is used, in addition to the budget timeout, to reduce the
2994  * amount of service provided to seeky processes, and thus reduce
2995  * their chances to lower the throughput. More details in the comments
2996  * on the function bfq_bfqq_expire().
2997  *
2998  * An important observation is in order: as discussed in the comments
2999  * on the function bfq_update_peak_rate(), with devices with internal
3000  * queues, it is hard if ever possible to know when and for how long
3001  * an I/O request is processed by the device (apart from the trivial
3002  * I/O pattern where a new request is dispatched only after the
3003  * previous one has been completed). This makes it hard to evaluate
3004  * the real rate at which the I/O requests of each bfq_queue are
3005  * served.  In fact, for an I/O scheduler like BFQ, serving a
3006  * bfq_queue means just dispatching its requests during its service
3007  * slot (i.e., until the budget of the queue is exhausted, or the
3008  * queue remains idle, or, finally, a timeout fires). But, during the
3009  * service slot of a bfq_queue, around 100 ms at most, the device may
3010  * be even still processing requests of bfq_queues served in previous
3011  * service slots. On the opposite end, the requests of the in-service
3012  * bfq_queue may be completed after the service slot of the queue
3013  * finishes.
3014  *
3015  * Anyway, unless more sophisticated solutions are used
3016  * (where possible), the sum of the sizes of the requests dispatched
3017  * during the service slot of a bfq_queue is probably the only
3018  * approximation available for the service received by the bfq_queue
3019  * during its service slot. And this sum is the quantity used in this
3020  * function to evaluate the I/O speed of a process.
3021  */
3022 static bool bfq_bfqq_is_slow(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
3023                                  bool compensate, enum bfqq_expiration reason,
3024                                  unsigned long *delta_ms)
3025 {
3026         ktime_t delta_ktime;
3027         u32 delta_usecs;
3028         bool slow = BFQQ_SEEKY(bfqq); /* if delta too short, use seekyness */
3029
3030         if (!bfq_bfqq_sync(bfqq))
3031                 return false;
3032
3033         if (compensate)
3034                 delta_ktime = bfqd->last_idling_start;
3035         else
3036                 delta_ktime = ktime_get();
3037         delta_ktime = ktime_sub(delta_ktime, bfqd->last_budget_start);
3038         delta_usecs = ktime_to_us(delta_ktime);
3039
3040         /* don't use too short time intervals */
3041         if (delta_usecs < 1000) {
3042                 if (blk_queue_nonrot(bfqd->queue))
3043                          /*
3044                           * give same worst-case guarantees as idling
3045                           * for seeky
3046                           */
3047                         *delta_ms = BFQ_MIN_TT / NSEC_PER_MSEC;
3048                 else /* charge at least one seek */
3049                         *delta_ms = bfq_slice_idle / NSEC_PER_MSEC;
3050
3051                 return slow;
3052         }
3053
3054         *delta_ms = delta_usecs / USEC_PER_MSEC;
3055
3056         /*
3057          * Use only long (> 20ms) intervals to filter out excessive
3058          * spikes in service rate estimation.
3059          */
3060         if (delta_usecs > 20000) {
3061                 /*
3062                  * Caveat for rotational devices: processes doing I/O
3063                  * in the slower disk zones tend to be slow(er) even
3064                  * if not seeky. In this respect, the estimated peak
3065                  * rate is likely to be an average over the disk
3066                  * surface. Accordingly, to not be too harsh with
3067                  * unlucky processes, a process is deemed slow only if
3068                  * its rate has been lower than half of the estimated
3069                  * peak rate.
3070                  */
3071                 slow = bfqq->entity.service < bfqd->bfq_max_budget / 2;
3072         }
3073
3074         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "bfq_bfqq_is_slow: slow %d", slow);
3075
3076         return slow;
3077 }
3078
3079 /*
3080  * To be deemed as soft real-time, an application must meet two
3081  * requirements. First, the application must not require an average
3082  * bandwidth higher than the approximate bandwidth required to playback or
3083  * record a compressed high-definition video.
3084  * The next function is invoked on the completion of the last request of a
3085  * batch, to compute the next-start time instant, soft_rt_next_start, such
3086  * that, if the next request of the application does not arrive before
3087  * soft_rt_next_start, then the above requirement on the bandwidth is met.
3088  *
3089  * The second requirement is that the request pattern of the application is
3090  * isochronous, i.e., that, after issuing a request or a batch of requests,
3091  * the application stops issuing new requests until all its pending requests
3092  * have been completed. After that, the application may issue a new batch,
3093  * and so on.
3094  * For this reason the next function is invoked to compute
3095  * soft_rt_next_start only for applications that meet this requirement,
3096  * whereas soft_rt_next_start is set to infinity for applications that do
3097  * not.
3098  *
3099  * Unfortunately, even a greedy (i.e., I/O-bound) application may
3100  * happen to meet, occasionally or systematically, both the above
3101  * bandwidth and isochrony requirements. This may happen at least in
3102  * the following circumstances. First, if the CPU load is high. The
3103  * application may stop issuing requests while the CPUs are busy
3104  * serving other processes, then restart, then stop again for a while,
3105  * and so on. The other circumstances are related to the storage
3106  * device: the storage device is highly loaded or reaches a low-enough
3107  * throughput with the I/O of the application (e.g., because the I/O
3108  * is random and/or the device is slow). In all these cases, the
3109  * I/O of the application may be simply slowed down enough to meet
3110  * the bandwidth and isochrony requirements. To reduce the probability
3111  * that greedy applications are deemed as soft real-time in these
3112  * corner cases, a further rule is used in the computation of
3113  * soft_rt_next_start: the return value of this function is forced to
3114  * be higher than the maximum between the following two quantities.
3115  *
3116  * (a) Current time plus: (1) the maximum time for which the arrival
3117  *     of a request is waited for when a sync queue becomes idle,
3118  *     namely bfqd->bfq_slice_idle, and (2) a few extra jiffies. We
3119  *     postpone for a moment the reason for adding a few extra
3120  *     jiffies; we get back to it after next item (b).  Lower-bounding
3121  *     the return value of this function with the current time plus
3122  *     bfqd->bfq_slice_idle tends to filter out greedy applications,
3123  *     because the latter issue their next request as soon as possible
3124  *     after the last one has been completed. In contrast, a soft
3125  *     real-time application spends some time processing data, after a
3126  *     batch of its requests has been completed.
3127  *
3128  * (b) Current value of bfqq->soft_rt_next_start. As pointed out
3129  *     above, greedy applications may happen to meet both the
3130  *     bandwidth and isochrony requirements under heavy CPU or
3131  *     storage-device load. In more detail, in these scenarios, these
3132  *     applications happen, only for limited time periods, to do I/O
3133  *     slowly enough to meet all the requirements described so far,
3134  *     including the filtering in above item (a). These slow-speed
3135  *     time intervals are usually interspersed between other time
3136  *     intervals during which these applications do I/O at a very high
3137  *     speed. Fortunately, exactly because of the high speed of the
3138  *     I/O in the high-speed intervals, the values returned by this
3139  *     function happen to be so high, near the end of any such
3140  *     high-speed interval, to be likely to fall *after* the end of
3141  *     the low-speed time interval that follows. These high values are
3142  *     stored in bfqq->soft_rt_next_start after each invocation of
3143  *     this function. As a consequence, if the last value of
3144  *     bfqq->soft_rt_next_start is constantly used to lower-bound the
3145  *     next value that this function may return, then, from the very
3146  *     beginning of a low-speed interval, bfqq->soft_rt_next_start is
3147  *     likely to be constantly kept so high that any I/O request
3148  *     issued during the low-speed interval is considered as arriving
3149  *     to soon for the application to be deemed as soft
3150  *     real-time. Then, in the high-speed interval that follows, the
3151  *     application will not be deemed as soft real-time, just because
3152  *     it will do I/O at a high speed. And so on.
3153  *
3154  * Getting back to the filtering in item (a), in the following two
3155  * cases this filtering might be easily passed by a greedy
3156  * application, if the reference quantity was just
3157  * bfqd->bfq_slice_idle:
3158  * 1) HZ is so low that the duration of a jiffy is comparable to or
3159  *    higher than bfqd->bfq_slice_idle. This happens, e.g., on slow
3160  *    devices with HZ=100. The time granularity may be so coarse
3161  *    that the approximation, in jiffies, of bfqd->bfq_slice_idle
3162  *    is rather lower than the exact value.
3163  * 2) jiffies, instead of increasing at a constant rate, may stop increasing
3164  *    for a while, then suddenly 'jump' by several units to recover the lost
3165  *    increments. This seems to happen, e.g., inside virtual machines.
3166  * To address this issue, in the filtering in (a) we do not use as a
3167  * reference time interval just bfqd->bfq_slice_idle, but
3168  * bfqd->bfq_slice_idle plus a few jiffies. In particular, we add the
3169  * minimum number of jiffies for which the filter seems to be quite
3170  * precise also in embedded systems and KVM/QEMU virtual machines.
3171  */
3172 static unsigned long bfq_bfqq_softrt_next_start(struct bfq_data *bfqd,
3173                                                 struct bfq_queue *bfqq)
3174 {
3175         return max3(bfqq->soft_rt_next_start,
3176                     bfqq->last_idle_bklogged +
3177                     HZ * bfqq->service_from_backlogged /
3178                     bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate,
3179                     jiffies + nsecs_to_jiffies(bfqq->bfqd->bfq_slice_idle) + 4);
3180 }
3181
3182 /**
3183  * bfq_bfqq_expire - expire a queue.
3184  * @bfqd: device owning the queue.
3185  * @bfqq: the queue to expire.
3186  * @compensate: if true, compensate for the time spent idling.
3187  * @reason: the reason causing the expiration.
3188  *
3189  * If the process associated with bfqq does slow I/O (e.g., because it
3190  * issues random requests), we charge bfqq with the time it has been
3191  * in service instead of the service it has received (see
3192  * bfq_bfqq_charge_time for details on how this goal is achieved). As
3193  * a consequence, bfqq will typically get higher timestamps upon
3194  * reactivation, and hence it will be rescheduled as if it had
3195  * received more service than what it has actually received. In the
3196  * end, bfqq receives less service in proportion to how slowly its
3197  * associated process consumes its budgets (and hence how seriously it
3198  * tends to lower the throughput). In addition, this time-charging
3199  * strategy guarantees time fairness among slow processes. In
3200  * contrast, if the process associated with bfqq is not slow, we
3201  * charge bfqq exactly with the service it has received.
3202  *
3203  * Charging time to the first type of queues and the exact service to
3204  * the other has the effect of using the WF2Q+ policy to schedule the
3205  * former on a timeslice basis, without violating service domain
3206  * guarantees among the latter.
3207  */
3208 void bfq_bfqq_expire(struct bfq_data *bfqd,
3209                      struct bfq_queue *bfqq,
3210                      bool compensate,
3211                      enum bfqq_expiration reason)
3212 {
3213         bool slow;
3214         unsigned long delta = 0;
3215         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
3216         int ref;
3217
3218         /*
3219          * Check whether the process is slow (see bfq_bfqq_is_slow).
3220          */
3221         slow = bfq_bfqq_is_slow(bfqd, bfqq, compensate, reason, &delta);
3222
3223         /*
3224          * As above explained, charge slow (typically seeky) and
3225          * timed-out queues with the time and not the service
3226          * received, to favor sequential workloads.
3227          *
3228          * Processes doing I/O in the slower disk zones will tend to
3229          * be slow(er) even if not seeky. Therefore, since the
3230          * estimated peak rate is actually an average over the disk
3231          * surface, these processes may timeout just for bad luck. To
3232          * avoid punishing them, do not charge time to processes that
3233          * succeeded in consuming at least 2/3 of their budget. This
3234          * allows BFQ to preserve enough elasticity to still perform
3235          * bandwidth, and not time, distribution with little unlucky
3236          * or quasi-sequential processes.
3237          */
3238         if (bfqq->wr_coeff == 1 &&
3239             (slow ||
3240              (reason == BFQQE_BUDGET_TIMEOUT &&
3241               bfq_bfqq_budget_left(bfqq) >=  entity->budget / 3)))
3242                 bfq_bfqq_charge_time(bfqd, bfqq, delta);
3243
3244         if (reason == BFQQE_TOO_IDLE &&
3245             entity->service <= 2 * entity->budget / 10)
3246                 bfq_clear_bfqq_IO_bound(bfqq);
3247
3248         if (bfqd->low_latency && bfqq->wr_coeff == 1)
3249                 bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
3250
3251         if (bfqd->low_latency && bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate > 0 &&
3252             RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list)) {
3253                 /*
3254                  * If we get here, and there are no outstanding
3255                  * requests, then the request pattern is isochronous
3256                  * (see the comments on the function
3257                  * bfq_bfqq_softrt_next_start()). Thus we can compute
3258                  * soft_rt_next_start. If, instead, the queue still
3259                  * has outstanding requests, then we have to wait for
3260                  * the completion of all the outstanding requests to
3261                  * discover whether the request pattern is actually
3262                  * isochronous.
3263                  */
3264                 if (bfqq->dispatched == 0)
3265                         bfqq->soft_rt_next_start =
3266                                 bfq_bfqq_softrt_next_start(bfqd, bfqq);
3267                 else {
3268                         /*
3269                          * The application is still waiting for the
3270                          * completion of one or more requests:
3271                          * prevent it from possibly being incorrectly
3272                          * deemed as soft real-time by setting its
3273                          * soft_rt_next_start to infinity. In fact,
3274                          * without this assignment, the application
3275                          * would be incorrectly deemed as soft
3276                          * real-time if:
3277                          * 1) it issued a new request before the
3278                          *    completion of all its in-flight
3279                          *    requests, and
3280                          * 2) at that time, its soft_rt_next_start
3281                          *    happened to be in the past.
3282                          */
3283                         bfqq->soft_rt_next_start =
3284                                 bfq_greatest_from_now();
3285                         /*
3286                          * Schedule an update of soft_rt_next_start to when
3287                          * the task may be discovered to be isochronous.
3288                          */
3289                         bfq_mark_bfqq_softrt_update(bfqq);
3290                 }
3291         }
3292
3293         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq,
3294                 "expire (%d, slow %d, num_disp %d, short_ttime %d)", reason,
3295                 slow, bfqq->dispatched, bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq));
3296
3297         /*
3298          * Increase, decrease or leave budget unchanged according to
3299          * reason.
3300          */
3301         __bfq_bfqq_recalc_budget(bfqd, bfqq, reason);
3302         ref = bfqq->ref;
3303         __bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq);
3304
3305         /* mark bfqq as waiting a request only if a bic still points to it */
3306         if (ref > 1 && !bfq_bfqq_busy(bfqq) &&
3307             reason != BFQQE_BUDGET_TIMEOUT &&
3308             reason != BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED)
3309                 bfq_mark_bfqq_non_blocking_wait_rq(bfqq);
3310 }
3311
3312 /*
3313  * Budget timeout is not implemented through a dedicated timer, but
3314  * just checked on request arrivals and completions, as well as on
3315  * idle timer expirations.
3316  */
3317 static bool bfq_bfqq_budget_timeout(struct bfq_queue *bfqq)
3318 {
3319         return time_is_before_eq_jiffies(bfqq->budget_timeout);
3320 }
3321
3322 /*
3323  * If we expire a queue that is actively waiting (i.e., with the
3324  * device idled) for the arrival of a new request, then we may incur
3325  * the timestamp misalignment problem described in the body of the
3326  * function __bfq_activate_entity. Hence we return true only if this
3327  * condition does not hold, or if the queue is slow enough to deserve
3328  * only to be kicked off for preserving a high throughput.
3329  */
3330 static bool bfq_may_expire_for_budg_timeout(struct bfq_queue *bfqq)
3331 {
3332         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq,
3333                 "may_budget_timeout: wait_request %d left %d timeout %d",
3334                 bfq_bfqq_wait_request(bfqq),
3335                         bfq_bfqq_budget_left(bfqq) >=  bfqq->entity.budget / 3,
3336                 bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq));
3337
3338         return (!bfq_bfqq_wait_request(bfqq) ||
3339                 bfq_bfqq_budget_left(bfqq) >=  bfqq->entity.budget / 3)
3340                 &&
3341                 bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq);
3342 }
3343
3344 /*
3345  * For a queue that becomes empty, device idling is allowed only if
3346  * this function returns true for the queue. As a consequence, since
3347  * device idling plays a critical role in both throughput boosting and
3348  * service guarantees, the return value of this function plays a
3349  * critical role in both these aspects as well.
3350  *
3351  * In a nutshell, this function returns true only if idling is
3352  * beneficial for throughput or, even if detrimental for throughput,
3353  * idling is however necessary to preserve service guarantees (low
3354  * latency, desired throughput distribution, ...). In particular, on
3355  * NCQ-capable devices, this function tries to return false, so as to
3356  * help keep the drives' internal queues full, whenever this helps the
3357  * device boost the throughput without causing any service-guarantee
3358  * issue.
3359  *
3360  * In more detail, the return value of this function is obtained by,
3361  * first, computing a number of boolean variables that take into
3362  * account throughput and service-guarantee issues, and, then,
3363  * combining these variables in a logical expression. Most of the
3364  * issues taken into account are not trivial. We discuss these issues
3365  * individually while introducing the variables.
3366  */
3367 static bool bfq_bfqq_may_idle(struct bfq_queue *bfqq)
3368 {
3369         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
3370         bool rot_without_queueing =
3371                 !blk_queue_nonrot(bfqd->queue) && !bfqd->hw_tag,
3372                 bfqq_sequential_and_IO_bound,
3373                 idling_boosts_thr, idling_boosts_thr_without_issues,
3374                 idling_needed_for_service_guarantees,
3375                 asymmetric_scenario;
3376
3377         if (bfqd->strict_guarantees)
3378                 return true;
3379
3380         /*
3381          * Idling is performed only if slice_idle > 0. In addition, we
3382          * do not idle if
3383          * (a) bfqq is async
3384          * (b) bfqq is in the idle io prio class: in this case we do
3385          * not idle because we want to minimize the bandwidth that
3386          * queues in this class can steal to higher-priority queues
3387          */
3388         if (bfqd->bfq_slice_idle == 0 || !bfq_bfqq_sync(bfqq) ||
3389             bfq_class_idle(bfqq))
3390                 return false;
3391
3392         bfqq_sequential_and_IO_bound = !BFQQ_SEEKY(bfqq) &&
3393                 bfq_bfqq_IO_bound(bfqq) && bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
3394
3395         /*
3396          * The next variable takes into account the cases where idling
3397          * boosts the throughput.
3398          *
3399          * The value of the variable is computed considering, first, that
3400          * idling is virtually always beneficial for the throughput if:
3401          * (a) the device is not NCQ-capable and rotational, or
3402          * (b) regardless of the presence of NCQ, the device is rotational and
3403          *     the request pattern for bfqq is I/O-bound and sequential, or
3404          * (c) regardless of whether it is rotational, the device is
3405          *     not NCQ-capable and the request pattern for bfqq is
3406          *     I/O-bound and sequential.
3407          *
3408          * Secondly, and in contrast to the above item (b), idling an
3409          * NCQ-capable flash-based device would not boost the
3410          * throughput even with sequential I/O; rather it would lower
3411          * the throughput in proportion to how fast the device
3412          * is. Accordingly, the next variable is true if any of the
3413          * above conditions (a), (b) or (c) is true, and, in
3414          * particular, happens to be false if bfqd is an NCQ-capable
3415          * flash-based device.
3416          */
3417         idling_boosts_thr = rot_without_queueing ||
3418                 ((!blk_queue_nonrot(bfqd->queue) || !bfqd->hw_tag) &&
3419                  bfqq_sequential_and_IO_bound);
3420
3421         /*
3422          * The value of the next variable,
3423          * idling_boosts_thr_without_issues, is equal to that of
3424          * idling_boosts_thr, unless a special case holds. In this
3425          * special case, described below, idling may cause problems to
3426          * weight-raised queues.
3427          *
3428          * When the request pool is saturated (e.g., in the presence
3429          * of write hogs), if the processes associated with
3430          * non-weight-raised queues ask for requests at a lower rate,
3431          * then processes associated with weight-raised queues have a
3432          * higher probability to get a request from the pool
3433          * immediately (or at least soon) when they need one. Thus
3434          * they have a higher probability to actually get a fraction
3435          * of the device throughput proportional to their high
3436          * weight. This is especially true with NCQ-capable drives,
3437          * which enqueue several requests in advance, and further
3438          * reorder internally-queued requests.
3439          *
3440          * For this reason, we force to false the value of
3441          * idling_boosts_thr_without_issues if there are weight-raised
3442          * busy queues. In this case, and if bfqq is not weight-raised,
3443          * this guarantees that the device is not idled for bfqq (if,
3444          * instead, bfqq is weight-raised, then idling will be
3445          * guaranteed by another variable, see below). Combined with
3446          * the timestamping rules of BFQ (see [1] for details), this
3447          * behavior causes bfqq, and hence any sync non-weight-raised
3448          * queue, to get a lower number of requests served, and thus
3449          * to ask for a lower number of requests from the request
3450          * pool, before the busy weight-raised queues get served
3451          * again. This often mitigates starvation problems in the
3452          * presence of heavy write workloads and NCQ, thereby
3453          * guaranteeing a higher application and system responsiveness
3454          * in these hostile scenarios.
3455          */
3456         idling_boosts_thr_without_issues = idling_boosts_thr &&
3457                 bfqd->wr_busy_queues == 0;
3458
3459         /*
3460          * There is then a case where idling must be performed not
3461          * for throughput concerns, but to preserve service
3462          * guarantees.
3463          *
3464          * To introduce this case, we can note that allowing the drive
3465          * to enqueue more than one request at a time, and hence
3466          * delegating de facto final scheduling decisions to the
3467          * drive's internal scheduler, entails loss of control on the
3468          * actual request service order. In particular, the critical
3469          * situation is when requests from different processes happen
3470          * to be present, at the same time, in the internal queue(s)
3471          * of the drive. In such a situation, the drive, by deciding
3472          * the service order of the internally-queued requests, does
3473          * determine also the actual throughput distribution among
3474          * these processes. But the drive typically has no notion or
3475          * concern about per-process throughput distribution, and
3476          * makes its decisions only on a per-request basis. Therefore,
3477          * the service distribution enforced by the drive's internal
3478          * scheduler is likely to coincide with the desired
3479          * device-throughput distribution only in a completely
3480          * symmetric scenario where:
3481          * (i)  each of these processes must get the same throughput as
3482          *      the others;
3483          * (ii) all these processes have the same I/O pattern
3484                 (either sequential or random).
3485          * In fact, in such a scenario, the drive will tend to treat
3486          * the requests of each of these processes in about the same
3487          * way as the requests of the others, and thus to provide
3488          * each of these processes with about the same throughput
3489          * (which is exactly the desired throughput distribution). In
3490          * contrast, in any asymmetric scenario, device idling is
3491          * certainly needed to guarantee that bfqq receives its
3492          * assigned fraction of the device throughput (see [1] for
3493          * details).
3494          *
3495          * We address this issue by controlling, actually, only the
3496          * symmetry sub-condition (i), i.e., provided that
3497          * sub-condition (i) holds, idling is not performed,
3498          * regardless of whether sub-condition (ii) holds. In other
3499          * words, only if sub-condition (i) holds, then idling is
3500          * allowed, and the device tends to be prevented from queueing
3501          * many requests, possibly of several processes. The reason
3502          * for not controlling also sub-condition (ii) is that we
3503          * exploit preemption to preserve guarantees in case of
3504          * symmetric scenarios, even if (ii) does not hold, as
3505          * explained in the next two paragraphs.
3506          *
3507          * Even if a queue, say Q, is expired when it remains idle, Q
3508          * can still preempt the new in-service queue if the next
3509          * request of Q arrives soon (see the comments on
3510          * bfq_bfqq_update_budg_for_activation). If all queues and
3511          * groups have the same weight, this form of preemption,
3512          * combined with the hole-recovery heuristic described in the
3513          * comments on function bfq_bfqq_update_budg_for_activation,
3514          * are enough to preserve a correct bandwidth distribution in
3515          * the mid term, even without idling. In fact, even if not
3516          * idling allows the internal queues of the device to contain
3517          * many requests, and thus to reorder requests, we can rather
3518          * safely assume that the internal scheduler still preserves a
3519          * minimum of mid-term fairness. The motivation for using
3520          * preemption instead of idling is that, by not idling,
3521          * service guarantees are preserved without minimally
3522          * sacrificing throughput. In other words, both a high
3523          * throughput and its desired distribution are obtained.
3524          *
3525          * More precisely, this preemption-based, idleless approach
3526          * provides fairness in terms of IOPS, and not sectors per
3527          * second. This can be seen with a simple example. Suppose
3528          * that there are two queues with the same weight, but that
3529          * the first queue receives requests of 8 sectors, while the
3530          * second queue receives requests of 1024 sectors. In
3531          * addition, suppose that each of the two queues contains at
3532          * most one request at a time, which implies that each queue
3533          * always remains idle after it is served. Finally, after
3534          * remaining idle, each queue receives very quickly a new
3535          * request. It follows that the two queues are served
3536          * alternatively, preempting each other if needed. This
3537          * implies that, although both queues have the same weight,
3538          * the queue with large requests receives a service that is
3539          * 1024/8 times as high as the service received by the other
3540          * queue.
3541          *
3542          * On the other hand, device idling is performed, and thus
3543          * pure sector-domain guarantees are provided, for the
3544          * following queues, which are likely to need stronger
3545          * throughput guarantees: weight-raised queues, and queues
3546          * with a higher weight than other queues. When such queues
3547          * are active, sub-condition (i) is false, which triggers
3548          * device idling.
3549          *
3550          * According to the above considerations, the next variable is
3551          * true (only) if sub-condition (i) holds. To compute the
3552          * value of this variable, we not only use the return value of
3553          * the function bfq_symmetric_scenario(), but also check
3554          * whether bfqq is being weight-raised, because
3555          * bfq_symmetric_scenario() does not take into account also
3556          * weight-raised queues (see comments on
3557          * bfq_weights_tree_add()).
3558          *
3559          * As a side note, it is worth considering that the above
3560          * device-idling countermeasures may however fail in the
3561          * following unlucky scenario: if idling is (correctly)
3562          * disabled in a time period during which all symmetry
3563          * sub-conditions hold, and hence the device is allowed to
3564          * enqueue many requests, but at some later point in time some
3565          * sub-condition stops to hold, then it may become impossible
3566          * to let requests be served in the desired order until all
3567          * the requests already queued in the device have been served.
3568          */
3569         asymmetric_scenario = bfqq->wr_coeff > 1 ||
3570                 !bfq_symmetric_scenario(bfqd);
3571
3572         /*
3573          * Finally, there is a case where maximizing throughput is the
3574          * best choice even if it may cause unfairness toward
3575          * bfqq. Such a case is when bfqq became active in a burst of
3576          * queue activations. Queues that became active during a large
3577          * burst benefit only from throughput, as discussed in the
3578          * comments on bfq_handle_burst. Thus, if bfqq became active
3579          * in a burst and not idling the device maximizes throughput,
3580          * then the device must no be idled, because not idling the
3581          * device provides bfqq and all other queues in the burst with
3582          * maximum benefit. Combining this and the above case, we can
3583          * now establish when idling is actually needed to preserve
3584          * service guarantees.
3585          */
3586         idling_needed_for_service_guarantees =
3587                 asymmetric_scenario && !bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq);
3588
3589         /*
3590          * We have now all the components we need to compute the
3591          * return value of the function, which is true only if idling
3592          * either boosts the throughput (without issues), or is
3593          * necessary to preserve service guarantees.
3594          */
3595         return idling_boosts_thr_without_issues ||
3596                 idling_needed_for_service_guarantees;
3597 }
3598
3599 /*
3600  * If the in-service queue is empty but the function bfq_bfqq_may_idle
3601  * returns true, then:
3602  * 1) the queue must remain in service and cannot be expired, and
3603  * 2) the device must be idled to wait for the possible arrival of a new
3604  *    request for the queue.
3605  * See the comments on the function bfq_bfqq_may_idle for the reasons
3606  * why performing device idling is the best choice to boost the throughput
3607  * and preserve service guarantees when bfq_bfqq_may_idle itself
3608  * returns true.
3609  */
3610 static bool bfq_bfqq_must_idle(struct bfq_queue *bfqq)
3611 {
3612         return RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) && bfq_bfqq_may_idle(bfqq);
3613 }
3614
3615 /*
3616  * Select a queue for service.  If we have a current queue in service,
3617  * check whether to continue servicing it, or retrieve and set a new one.
3618  */
3619 static struct bfq_queue *bfq_select_queue(struct bfq_data *bfqd)
3620 {
3621         struct bfq_queue *bfqq;
3622         struct request *next_rq;
3623         enum bfqq_expiration reason = BFQQE_BUDGET_TIMEOUT;
3624
3625         bfqq = bfqd->in_service_queue;
3626         if (!bfqq)
3627                 goto new_queue;
3628
3629         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "select_queue: already in-service queue");
3630
3631         if (bfq_may_expire_for_budg_timeout(bfqq) &&
3632             !bfq_bfqq_wait_request(bfqq) &&
3633             !bfq_bfqq_must_idle(bfqq))
3634                 goto expire;
3635
3636 check_queue:
3637         /*
3638          * This loop is rarely executed more than once. Even when it
3639          * happens, it is much more convenient to re-execute this loop
3640          * than to return NULL and trigger a new dispatch to get a
3641          * request served.
3642          */
3643         next_rq = bfqq->next_rq;
3644         /*
3645          * If bfqq has requests queued and it has enough budget left to
3646          * serve them, keep the queue, otherwise expire it.
3647          */
3648         if (next_rq) {
3649                 if (bfq_serv_to_charge(next_rq, bfqq) >
3650                         bfq_bfqq_budget_left(bfqq)) {
3651                         /*
3652                          * Expire the queue for budget exhaustion,
3653                          * which makes sure that the next budget is
3654                          * enough to serve the next request, even if
3655                          * it comes from the fifo expired path.
3656                          */
3657                         reason = BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED;
3658                         goto expire;
3659                 } else {
3660                         /*
3661                          * The idle timer may be pending because we may
3662                          * not disable disk idling even when a new request
3663                          * arrives.
3664                          */
3665                         if (bfq_bfqq_wait_request(bfqq)) {
3666                                 /*
3667                                  * If we get here: 1) at least a new request
3668                                  * has arrived but we have not disabled the
3669                                  * timer because the request was too small,
3670                                  * 2) then the block layer has unplugged
3671                                  * the device, causing the dispatch to be
3672                                  * invoked.
3673                                  *
3674                                  * Since the device is unplugged, now the
3675                                  * requests are probably large enough to
3676                                  * provide a reasonable throughput.
3677                                  * So we disable idling.
3678                                  */
3679                                 bfq_clear_bfqq_wait_request(bfqq);
3680                                 hrtimer_try_to_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
3681                         }
3682                         goto keep_queue;
3683                 }
3684         }
3685
3686         /*
3687          * No requests pending. However, if the in-service queue is idling
3688          * for a new request, or has requests waiting for a completion and
3689          * may idle after their completion, then keep it anyway.
3690          */
3691         if (bfq_bfqq_wait_request(bfqq) ||
3692             (bfqq->dispatched != 0 && bfq_bfqq_may_idle(bfqq))) {
3693                 bfqq = NULL;
3694                 goto keep_queue;
3695         }
3696
3697         reason = BFQQE_NO_MORE_REQUESTS;
3698 expire:
3699         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false, reason);
3700 new_queue:
3701         bfqq = bfq_set_in_service_queue(bfqd);
3702         if (bfqq) {
3703                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "select_queue: checking new queue");
3704                 goto check_queue;
3705         }
3706 keep_queue:
3707         if (bfqq)
3708                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "select_queue: returned this queue");
3709         else
3710                 bfq_log(bfqd, "select_queue: no queue returned");
3711
3712         return bfqq;
3713 }
3714
3715 static void bfq_update_wr_data(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
3716 {
3717         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
3718
3719         if (bfqq->wr_coeff > 1) { /* queue is being weight-raised */
3720                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq,
3721                         "raising period dur %u/%u msec, old coeff %u, w %d(%d)",
3722                         jiffies_to_msecs(jiffies - bfqq->last_wr_start_finish),
3723                         jiffies_to_msecs(bfqq->wr_cur_max_time),
3724                         bfqq->wr_coeff,
3725                         bfqq->entity.weight, bfqq->entity.orig_weight);
3726
3727                 if (entity->prio_changed)
3728                         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "WARN: pending prio change");
3729
3730                 /*
3731                  * If the queue was activated in a burst, or too much
3732                  * time has elapsed from the beginning of this
3733                  * weight-raising period, then end weight raising.
3734                  */
3735                 if (bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq))
3736                         bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
3737                 else if (time_is_before_jiffies(bfqq->last_wr_start_finish +
3738                                                 bfqq->wr_cur_max_time)) {
3739                         if (bfqq->wr_cur_max_time != bfqd->bfq_wr_rt_max_time ||
3740                         time_is_before_jiffies(bfqq->wr_start_at_switch_to_srt +
3741                                                bfq_wr_duration(bfqd)))
3742                                 bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
3743                         else {
3744                                 switch_back_to_interactive_wr(bfqq, bfqd);
3745                                 bfqq->entity.prio_changed = 1;
3746                         }
3747                 }
3748                 if (bfqq->wr_coeff > 1 &&
3749                     bfqq->wr_cur_max_time != bfqd->bfq_wr_rt_max_time &&
3750                     bfqq->service_from_wr > max_service_from_wr) {
3751                         /* see comments on max_service_from_wr */
3752                         bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
3753                 }
3754         }
3755         /*
3756          * To improve latency (for this or other queues), immediately
3757          * update weight both if it must be raised and if it must be
3758          * lowered. Since, entity may be on some active tree here, and
3759          * might have a pending change of its ioprio class, invoke
3760          * next function with the last parameter unset (see the
3761          * comments on the function).
3762          */
3763         if ((entity->weight > entity->orig_weight) != (bfqq->wr_coeff > 1))
3764                 __bfq_entity_update_weight_prio(bfq_entity_service_tree(entity),
3765                                                 entity, false);
3766 }
3767
3768 /*
3769  * Dispatch next request from bfqq.
3770  */
3771 static struct request *bfq_dispatch_rq_from_bfqq(struct bfq_data *bfqd,
3772                                                  struct bfq_queue *bfqq)
3773 {
3774         struct request *rq = bfqq->next_rq;
3775         unsigned long service_to_charge;
3776
3777         service_to_charge = bfq_serv_to_charge(rq, bfqq);
3778
3779         bfq_bfqq_served(bfqq, service_to_charge);
3780
3781         bfq_dispatch_remove(bfqd->queue, rq);
3782
3783         /*
3784          * If weight raising has to terminate for bfqq, then next
3785          * function causes an immediate update of bfqq's weight,
3786          * without waiting for next activation. As a consequence, on
3787          * expiration, bfqq will be timestamped as if has never been
3788          * weight-raised during this service slot, even if it has
3789          * received part or even most of the service as a
3790          * weight-raised queue. This inflates bfqq's timestamps, which
3791          * is beneficial, as bfqq is then more willing to leave the
3792          * device immediately to possible other weight-raised queues.
3793          */
3794         bfq_update_wr_data(bfqd, bfqq);
3795
3796         /*
3797          * Expire bfqq, pretending that its budget expired, if bfqq
3798          * belongs to CLASS_IDLE and other queues are waiting for
3799          * service.
3800          */
3801         if (bfqd->busy_queues > 1 && bfq_class_idle(bfqq))
3802                 goto expire;
3803
3804         return rq;
3805
3806 expire:
3807         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false, BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED);
3808         return rq;
3809 }
3810
3811 static bool bfq_has_work(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
3812 {
3813         struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
3814
3815         /*
3816          * Avoiding lock: a race on bfqd->busy_queues should cause at
3817          * most a call to dispatch for nothing
3818          */
3819         return !list_empty_careful(&bfqd->dispatch) ||
3820                 bfqd->busy_queues > 0;
3821 }
3822
3823 static struct request *__bfq_dispatch_request(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
3824 {
3825         struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
3826         struct request *rq = NULL;
3827         struct bfq_queue *bfqq = NULL;
3828
3829         if (!list_empty(&bfqd->dispatch)) {
3830                 rq = list_first_entry(&bfqd->dispatch, struct request,
3831                                       queuelist);
3832                 list_del_init(&rq->queuelist);
3833
3834                 bfqq = RQ_BFQQ(rq);
3835
3836                 if (bfqq) {
3837                         /*
3838                          * Increment counters here, because this
3839                          * dispatch does not follow the standard
3840                          * dispatch flow (where counters are
3841                          * incremented)
3842                          */
3843                         bfqq->dispatched++;
3844
3845                         goto inc_in_driver_start_rq;
3846                 }
3847
3848                 /*
3849                  * We exploit the bfq_finish_requeue_request hook to
3850                  * decrement rq_in_driver, but
3851                  * bfq_finish_requeue_request will not be invoked on
3852                  * this request. So, to avoid unbalance, just start
3853                  * this request, without incrementing rq_in_driver. As
3854                  * a negative consequence, rq_in_driver is deceptively
3855                  * lower than it should be while this request is in
3856                  * service. This may cause bfq_schedule_dispatch to be
3857                  * invoked uselessly.
3858                  *
3859                  * As for implementing an exact solution, the
3860                  * bfq_finish_requeue_request hook, if defined, is
3861                  * probably invoked also on this request. So, by
3862                  * exploiting this hook, we could 1) increment
3863                  * rq_in_driver here, and 2) decrement it in
3864                  * bfq_finish_requeue_request. Such a solution would
3865                  * let the value of the counter be always accurate,
3866                  * but it would entail using an extra interface
3867                  * function. This cost seems higher than the benefit,
3868                  * being the frequency of non-elevator-private
3869                  * requests very low.
3870                  */
3871                 goto start_rq;
3872         }
3873
3874         bfq_log(bfqd, "dispatch requests: %d busy queues", bfqd->busy_queues);
3875
3876         if (bfqd->busy_queues == 0)
3877                 goto exit;
3878
3879         /*
3880          * Force device to serve one request at a time if
3881          * strict_guarantees is true. Forcing this service scheme is
3882          * currently the ONLY way to guarantee that the request
3883          * service order enforced by the scheduler is respected by a
3884          * queueing device. Otherwise the device is free even to make
3885          * some unlucky request wait for as long as the device
3886          * wishes.
3887          *
3888          * Of course, serving one request at at time may cause loss of
3889          * throughput.
3890          */
3891         if (bfqd->strict_guarantees && bfqd->rq_in_driver > 0)
3892                 goto exit;
3893
3894         bfqq = bfq_select_queue(bfqd);
3895         if (!bfqq)
3896                 goto exit;
3897
3898         rq = bfq_dispatch_rq_from_bfqq(bfqd, bfqq);
3899
3900         if (rq) {
3901 inc_in_driver_start_rq:
3902                 bfqd->rq_in_driver++;
3903 start_rq:
3904                 rq->rq_flags |= RQF_STARTED;
3905         }
3906 exit:
3907         return rq;
3908 }
3909
3910 #if defined(CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED) && defined(CONFIG_DEBUG_BLK_CGROUP)
3911 static void bfq_update_dispatch_stats(struct request_queue *q,
3912                                       struct request *rq,
3913                                       struct bfq_queue *in_serv_queue,
3914                                       bool idle_timer_disabled)
3915 {
3916         struct bfq_queue *bfqq = rq ? RQ_BFQQ(rq) : NULL;
3917
3918         if (!idle_timer_disabled && !bfqq)
3919                 return;
3920
3921         /*
3922          * rq and bfqq are guaranteed to exist until this function
3923          * ends, for the following reasons. First, rq can be
3924          * dispatched to the device, and then can be completed and
3925          * freed, only after this function ends. Second, rq cannot be
3926          * merged (and thus freed because of a merge) any longer,
3927          * because it has already started. Thus rq cannot be freed
3928          * before this function ends, and, since rq has a reference to
3929          * bfqq, the same guarantee holds for bfqq too.
3930          *
3931          * In addition, the following queue lock guarantees that
3932          * bfqq_group(bfqq) exists as well.
3933          */
3934         spin_lock_irq(q->queue_lock);
3935         if (idle_timer_disabled)
3936                 /*
3937                  * Since the idle timer has been disabled,
3938                  * in_serv_queue contained some request when
3939                  * __bfq_dispatch_request was invoked above, which
3940                  * implies that rq was picked exactly from
3941                  * in_serv_queue. Thus in_serv_queue == bfqq, and is
3942                  * therefore guaranteed to exist because of the above
3943                  * arguments.
3944                  */
3945                 bfqg_stats_update_idle_time(bfqq_group(in_serv_queue));
3946         if (bfqq) {
3947                 struct bfq_group *bfqg = bfqq_group(bfqq);
3948
3949                 bfqg_stats_update_avg_queue_size(bfqg);
3950                 bfqg_stats_set_start_empty_time(bfqg);
3951                 bfqg_stats_update_io_remove(bfqg, rq->cmd_flags);
3952         }
3953         spin_unlock_irq(q->queue_lock);
3954 }
3955 #else
3956 static inline void bfq_update_dispatch_stats(struct request_queue *q,
3957                                              struct request *rq,
3958                                              struct bfq_queue *in_serv_queue,
3959                                              bool idle_timer_disabled) {}
3960 #endif
3961
3962 static struct request *bfq_dispatch_request(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
3963 {
3964         struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
3965         struct request *rq;
3966         struct bfq_queue *in_serv_queue;
3967         bool waiting_rq, idle_timer_disabled;
3968
3969         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
3970
3971         in_serv_queue = bfqd->in_service_queue;
3972         waiting_rq = in_serv_queue && bfq_bfqq_wait_request(in_serv_queue);
3973
3974         rq = __bfq_dispatch_request(hctx);
3975
3976         idle_timer_disabled =
3977                 waiting_rq && !bfq_bfqq_wait_request(in_serv_queue);
3978
3979         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
3980
3981         bfq_update_dispatch_stats(hctx->queue, rq, in_serv_queue,
3982                                   idle_timer_disabled);
3983
3984         return rq;
3985 }
3986
3987 /*
3988  * Task holds one reference to the queue, dropped when task exits.  Each rq
3989  * in-flight on this queue also holds a reference, dropped when rq is freed.
3990  *
3991  * Scheduler lock must be held here. Recall not to use bfqq after calling
3992  * this function on it.
3993  */
3994 void bfq_put_queue(struct bfq_queue *bfqq)
3995 {
3996 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
3997         struct bfq_group *bfqg = bfqq_group(bfqq);
3998 #endif
3999
4000         if (bfqq->bfqd)
4001                 bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "put_queue: %p %d",
4002                              bfqq, bfqq->ref);
4003
4004         bfqq->ref--;
4005         if (bfqq->ref)
4006                 return;
4007
4008         if (!hlist_unhashed(&bfqq->burst_list_node)) {
4009                 hlist_del_init(&bfqq->burst_list_node);
4010                 /*
4011                  * Decrement also burst size after the removal, if the
4012                  * process associated with bfqq is exiting, and thus
4013                  * does not contribute to the burst any longer. This
4014                  * decrement helps filter out false positives of large
4015                  * bursts, when some short-lived process (often due to
4016                  * the execution of commands by some service) happens
4017                  * to start and exit while a complex application is
4018                  * starting, and thus spawning several processes that
4019                  * do I/O (and that *must not* be treated as a large
4020                  * burst, see comments on bfq_handle_burst).
4021                  *
4022                  * In particular, the decrement is performed only if:
4023                  * 1) bfqq is not a merged queue, because, if it is,
4024                  * then this free of bfqq is not triggered by the exit
4025                  * of the process bfqq is associated with, but exactly
4026                  * by the fact that bfqq has just been merged.
4027                  * 2) burst_size is greater than 0, to handle
4028                  * unbalanced decrements. Unbalanced decrements may
4029                  * happen in te following case: bfqq is inserted into
4030                  * the current burst list--without incrementing
4031                  * bust_size--because of a split, but the current
4032                  * burst list is not the burst list bfqq belonged to
4033                  * (see comments on the case of a split in
4034                  * bfq_set_request).
4035                  */
4036                 if (bfqq->bic && bfqq->bfqd->burst_size > 0)
4037                         bfqq->bfqd->burst_size--;
4038         }
4039
4040         kmem_cache_free(bfq_pool, bfqq);
4041 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
4042         bfqg_and_blkg_put(bfqg);
4043 #endif
4044 }
4045
4046 static void bfq_put_cooperator(struct bfq_queue *bfqq)
4047 {
4048         struct bfq_queue *__bfqq, *next;
4049
4050         /*
4051          * If this queue was scheduled to merge with another queue, be
4052          * sure to drop the reference taken on that queue (and others in
4053          * the merge chain). See bfq_setup_merge and bfq_merge_bfqqs.
4054          */
4055         __bfqq = bfqq->new_bfqq;
4056         while (__bfqq) {
4057                 if (__bfqq == bfqq)
4058                         break;
4059                 next = __bfqq->new_bfqq;
4060                 bfq_put_queue(__bfqq);
4061                 __bfqq = next;
4062         }
4063 }
4064
4065 static void bfq_exit_bfqq(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
4066 {
4067         if (bfqq == bfqd->in_service_queue) {
4068                 __bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq);
4069                 bfq_schedule_dispatch(bfqd);
4070         }
4071
4072         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "exit_bfqq: %p, %d", bfqq, bfqq->ref);
4073
4074         bfq_put_cooperator(bfqq);
4075
4076         bfq_put_queue(bfqq); /* release process reference */
4077 }
4078
4079 static void bfq_exit_icq_bfqq(struct bfq_io_cq *bic, bool is_sync)
4080 {
4081         struct bfq_queue *bfqq = bic_to_bfqq(bic, is_sync);
4082         struct bfq_data *bfqd;
4083
4084         if (bfqq)
4085                 bfqd = bfqq->bfqd; /* NULL if scheduler already exited */
4086
4087         if (bfqq && bfqd) {
4088                 unsigned long flags;
4089
4090                 spin_lock_irqsave(&bfqd->lock, flags);
4091                 bfq_exit_bfqq(bfqd, bfqq);
4092                 bic_set_bfqq(bic, NULL, is_sync);
4093                 spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
4094         }
4095 }
4096
4097 static void bfq_exit_icq(struct io_cq *icq)
4098 {
4099         struct bfq_io_cq *bic = icq_to_bic(icq);
4100
4101         bfq_exit_icq_bfqq(bic, true);
4102         bfq_exit_icq_bfqq(bic, false);
4103 }
4104
4105 /*
4106  * Update the entity prio values; note that the new values will not
4107  * be used until the next (re)activation.
4108  */
4109 static void
4110 bfq_set_next_ioprio_data(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_io_cq *bic)
4111 {
4112         struct task_struct *tsk = current;
4113         int ioprio_class;
4114         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
4115
4116         if (!bfqd)
4117                 return;
4118
4119         ioprio_class = IOPRIO_PRIO_CLASS(bic->ioprio);
4120         switch (ioprio_class) {
4121         default:
4122                 dev_err(bfqq->bfqd->queue->backing_dev_info->dev,
4123                         "bfq: bad prio class %d\n", ioprio_class);
4124                 /* fall through */
4125         case IOPRIO_CLASS_NONE:
4126                 /*
4127                  * No prio set, inherit CPU scheduling settings.
4128                  */
4129                 bfqq->new_ioprio = task_nice_ioprio(tsk);
4130                 bfqq->new_ioprio_class = task_nice_ioclass(tsk);
4131                 break;
4132         case IOPRIO_CLASS_RT:
4133                 bfqq->new_ioprio = IOPRIO_PRIO_DATA(bic->ioprio);
4134                 bfqq->new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_RT;
4135                 break;
4136         case IOPRIO_CLASS_BE:
4137                 bfqq->new_ioprio = IOPRIO_PRIO_DATA(bic->ioprio);
4138                 bfqq->new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_BE;
4139                 break;
4140         case IOPRIO_CLASS_IDLE:
4141                 bfqq->new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_IDLE;
4142                 bfqq->new_ioprio = 7;
4143                 break;
4144         }
4145
4146         if (bfqq->new_ioprio >= IOPRIO_BE_NR) {
4147                 pr_crit("bfq_set_next_ioprio_data: new_ioprio %d\n",
4148                         bfqq->new_ioprio);
4149                 bfqq->new_ioprio = IOPRIO_BE_NR;
4150         }
4151
4152         bfqq->entity.new_weight = bfq_ioprio_to_weight(bfqq->new_ioprio);
4153         bfqq->entity.prio_changed = 1;
4154 }
4155
4156 static struct bfq_queue *bfq_get_queue(struct bfq_data *bfqd,
4157                                        struct bio *bio, bool is_sync,
4158                                        struct bfq_io_cq *bic);
4159
4160 static void bfq_check_ioprio_change(struct bfq_io_cq *bic, struct bio *bio)
4161 {
4162         struct bfq_data *bfqd = bic_to_bfqd(bic);
4163         struct bfq_queue *bfqq;
4164         int ioprio = bic->icq.ioc->ioprio;
4165
4166         /*
4167          * This condition may trigger on a newly created bic, be sure to
4168          * drop the lock before returning.
4169          */
4170         if (unlikely(!bfqd) || likely(bic->ioprio == ioprio))
4171                 return;
4172
4173         bic->ioprio = ioprio;
4174
4175         bfqq = bic_to_bfqq(bic, false);
4176         if (bfqq) {
4177                 /* release process reference on this queue */
4178                 bfq_put_queue(bfqq);
4179                 bfqq = bfq_get_queue(bfqd, bio, BLK_RW_ASYNC, bic);
4180                 bic_set_bfqq(bic, bfqq, false);
4181         }
4182
4183         bfqq = bic_to_bfqq(bic, true);
4184         if (bfqq)
4185                 bfq_set_next_ioprio_data(bfqq, bic);
4186 }
4187
4188 static void bfq_init_bfqq(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
4189                           struct bfq_io_cq *bic, pid_t pid, int is_sync)
4190 {
4191         RB_CLEAR_NODE(&bfqq->entity.rb_node);
4192         INIT_LIST_HEAD(&bfqq->fifo);
4193         INIT_HLIST_NODE(&bfqq->burst_list_node);
4194
4195         bfqq->ref = 0;
4196         bfqq->bfqd = bfqd;
4197
4198         if (bic)
4199                 bfq_set_next_ioprio_data(bfqq, bic);
4200
4201         if (is_sync) {
4202                 /*
4203                  * No need to mark as has_short_ttime if in
4204                  * idle_class, because no device idling is performed
4205                  * for queues in idle class
4206                  */
4207                 if (!bfq_class_idle(bfqq))
4208                         /* tentatively mark as has_short_ttime */
4209                         bfq_mark_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
4210                 bfq_mark_bfqq_sync(bfqq);
4211                 bfq_mark_bfqq_just_created(bfqq);
4212         } else
4213                 bfq_clear_bfqq_sync(bfqq);
4214
4215         /* set end request to minus infinity from now */
4216         bfqq->ttime.last_end_request = ktime_get_ns() + 1;
4217
4218         bfq_mark_bfqq_IO_bound(bfqq);
4219
4220         bfqq->pid = pid;
4221
4222         /* Tentative initial value to trade off between thr and lat */
4223         bfqq->max_budget = (2 * bfq_max_budget(bfqd)) / 3;
4224         bfqq->budget_timeout = bfq_smallest_from_now();
4225
4226         bfqq->wr_coeff = 1;
4227         bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
4228         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt = bfq_smallest_from_now();
4229         bfqq->split_time = bfq_smallest_from_now();
4230
4231         /*
4232          * To not forget the possibly high bandwidth consumed by a
4233          * process/queue in the recent past,
4234          * bfq_bfqq_softrt_next_start() returns a value at least equal
4235          * to the current value of bfqq->soft_rt_next_start (see
4236          * comments on bfq_bfqq_softrt_next_start).  Set
4237          * soft_rt_next_start to now, to mean that bfqq has consumed
4238          * no bandwidth so far.
4239          */
4240         bfqq->soft_rt_next_start = jiffies;
4241
4242         /* first request is almost certainly seeky */
4243         bfqq->seek_history = 1;
4244 }
4245
4246 static struct bfq_queue **bfq_async_queue_prio(struct bfq_data *bfqd,
4247                                                struct bfq_group *bfqg,
4248                                                int ioprio_class, int ioprio)
4249 {
4250         switch (ioprio_class) {
4251         case IOPRIO_CLASS_RT:
4252                 return &bfqg->async_bfqq[0][ioprio];
4253         case IOPRIO_CLASS_NONE:
4254                 ioprio = IOPRIO_NORM;
4255                 /* fall through */
4256         case IOPRIO_CLASS_BE:
4257                 return &bfqg->async_bfqq[1][ioprio];
4258         case IOPRIO_CLASS_IDLE:
4259                 return &bfqg->async_idle_bfqq;
4260         default:
4261                 return NULL;
4262         }
4263 }
4264
4265 static struct bfq_queue *bfq_get_queue(struct bfq_data *bfqd,
4266                                        struct bio *bio, bool is_sync,
4267                                        struct bfq_io_cq *bic)
4268 {
4269         const int ioprio = IOPRIO_PRIO_DATA(bic->ioprio);
4270         const int ioprio_class = IOPRIO_PRIO_CLASS(bic->ioprio);
4271         struct bfq_queue **async_bfqq = NULL;
4272         struct bfq_queue *bfqq;
4273         struct bfq_group *bfqg;
4274
4275         rcu_read_lock();
4276
4277         bfqg = bfq_find_set_group(bfqd, bio_blkcg(bio));
4278         if (!bfqg) {
4279                 bfqq = &bfqd->oom_bfqq;
4280                 goto out;
4281         }
4282
4283         if (!is_sync) {
4284                 async_bfqq = bfq_async_queue_prio(bfqd, bfqg, ioprio_class,
4285                                                   ioprio);
4286                 bfqq = *async_bfqq;
4287                 if (bfqq)
4288                         goto out;
4289         }
4290
4291         bfqq = kmem_cache_alloc_node(bfq_pool,
4292                                      GFP_NOWAIT | __GFP_ZERO | __GFP_NOWARN,
4293                                      bfqd->queue->node);
4294
4295         if (bfqq) {
4296                 bfq_init_bfqq(bfqd, bfqq, bic, current->pid,
4297                               is_sync);
4298                 bfq_init_entity(&bfqq->entity, bfqg);
4299                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "allocated");
4300         } else {
4301                 bfqq = &bfqd->oom_bfqq;
4302                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "using oom bfqq");
4303                 goto out;
4304         }
4305
4306         /*
4307          * Pin the queue now that it's allocated, scheduler exit will
4308          * prune it.
4309          */
4310         if (async_bfqq) {
4311                 bfqq->ref++; /*
4312                               * Extra group reference, w.r.t. sync
4313                               * queue. This extra reference is removed
4314                               * only if bfqq->bfqg disappears, to
4315                               * guarantee that this queue is not freed
4316                               * until its group goes away.
4317                               */
4318                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "get_queue, bfqq not in async: %p, %d",
4319                              bfqq, bfqq->ref);
4320                 *async_bfqq = bfqq;
4321         }
4322
4323 out:
4324         bfqq->ref++; /* get a process reference to this queue */
4325         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "get_queue, at end: %p, %d", bfqq, bfqq->ref);
4326         rcu_read_unlock();
4327         return bfqq;
4328 }
4329
4330 static void bfq_update_io_thinktime(struct bfq_data *bfqd,
4331                                     struct bfq_queue *bfqq)
4332 {
4333         struct bfq_ttime *ttime = &bfqq->ttime;
4334         u64 elapsed = ktime_get_ns() - bfqq->ttime.last_end_request;
4335
4336         elapsed = min_t(u64, elapsed, 2ULL * bfqd->bfq_slice_idle);
4337
4338         ttime->ttime_samples = (7*bfqq->ttime.ttime_samples + 256) / 8;
4339         ttime->ttime_total = div_u64(7*ttime->ttime_total + 256*elapsed,  8);
4340         ttime->ttime_mean = div64_ul(ttime->ttime_total + 128,
4341                                      ttime->ttime_samples);
4342 }
4343
4344 static void
4345 bfq_update_io_seektime(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
4346                        struct request *rq)
4347 {
4348         bfqq->seek_history <<= 1;
4349         bfqq->seek_history |=
4350                 get_sdist(bfqq->last_request_pos, rq) > BFQQ_SEEK_THR &&
4351                 (!blk_queue_nonrot(bfqd->queue) ||
4352                  blk_rq_sectors(rq) < BFQQ_SECT_THR_NONROT);
4353 }
4354
4355 static void bfq_update_has_short_ttime(struct bfq_data *bfqd,
4356                                        struct bfq_queue *bfqq,
4357                                        struct bfq_io_cq *bic)
4358 {
4359         bool has_short_ttime = true;
4360
4361         /*
4362          * No need to update has_short_ttime if bfqq is async or in
4363          * idle io prio class, or if bfq_slice_idle is zero, because
4364          * no device idling is performed for bfqq in this case.
4365          */
4366         if (!bfq_bfqq_sync(bfqq) || bfq_class_idle(bfqq) ||
4367             bfqd->bfq_slice_idle == 0)
4368                 return;
4369
4370         /* Idle window just restored, statistics are meaningless. */
4371         if (time_is_after_eq_jiffies(bfqq->split_time +
4372                                      bfqd->bfq_wr_min_idle_time))
4373                 return;
4374
4375         /* Think time is infinite if no process is linked to
4376          * bfqq. Otherwise check average think time to
4377          * decide whether to mark as has_short_ttime
4378          */
4379         if (atomic_read(&bic->icq.ioc->active_ref) == 0 ||
4380             (bfq_sample_valid(bfqq->ttime.ttime_samples) &&
4381              bfqq->ttime.ttime_mean > bfqd->bfq_slice_idle))
4382                 has_short_ttime = false;
4383
4384         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "update_has_short_ttime: has_short_ttime %d",
4385                      has_short_ttime);
4386
4387         if (has_short_ttime)
4388                 bfq_mark_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
4389         else
4390                 bfq_clear_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
4391 }
4392
4393 /*
4394  * Called when a new fs request (rq) is added to bfqq.  Check if there's
4395  * something we should do about it.
4396  */
4397 static void bfq_rq_enqueued(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
4398                             struct request *rq)
4399 {
4400         struct bfq_io_cq *bic = RQ_BIC(rq);
4401
4402         if (rq->cmd_flags & REQ_META)
4403                 bfqq->meta_pending++;
4404
4405         bfq_update_io_thinktime(bfqd, bfqq);
4406         bfq_update_has_short_ttime(bfqd, bfqq, bic);
4407         bfq_update_io_seektime(bfqd, bfqq, rq);
4408
4409         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq,
4410                      "rq_enqueued: has_short_ttime=%d (seeky %d)",
4411                      bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq), BFQQ_SEEKY(bfqq));
4412
4413         bfqq->last_request_pos = blk_rq_pos(rq) + blk_rq_sectors(rq);
4414
4415         if (bfqq == bfqd->in_service_queue && bfq_bfqq_wait_request(bfqq)) {
4416                 bool small_req = bfqq->queued[rq_is_sync(rq)] == 1 &&
4417                                  blk_rq_sectors(rq) < 32;
4418                 bool budget_timeout = bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq);
4419
4420                 /*
4421                  * There is just this request queued: if the request
4422                  * is small and the queue is not to be expired, then
4423                  * just exit.
4424                  *
4425                  * In this way, if the device is being idled to wait
4426                  * for a new request from the in-service queue, we
4427                  * avoid unplugging the device and committing the
4428                  * device to serve just a small request. On the
4429                  * contrary, we wait for the block layer to decide
4430                  * when to unplug the device: hopefully, new requests
4431                  * will be merged to this one quickly, then the device
4432                  * will be unplugged and larger requests will be
4433                  * dispatched.
4434                  */
4435                 if (small_req && !budget_timeout)
4436                         return;
4437
4438                 /*
4439                  * A large enough request arrived, or the queue is to
4440                  * be expired: in both cases disk idling is to be
4441                  * stopped, so clear wait_request flag and reset
4442                  * timer.
4443                  */
4444                 bfq_clear_bfqq_wait_request(bfqq);
4445                 hrtimer_try_to_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
4446
4447                 /*
4448                  * The queue is not empty, because a new request just
4449                  * arrived. Hence we can safely expire the queue, in
4450                  * case of budget timeout, without risking that the
4451                  * timestamps of the queue are not updated correctly.
4452                  * See [1] for more details.
4453                  */
4454                 if (budget_timeout)
4455                         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false,
4456                                         BFQQE_BUDGET_TIMEOUT);
4457         }
4458 }
4459
4460 /* returns true if it causes the idle timer to be disabled */
4461 static bool __bfq_insert_request(struct bfq_data *bfqd, struct request *rq)
4462 {
4463         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq),
4464                 *new_bfqq = bfq_setup_cooperator(bfqd, bfqq, rq, true);
4465         bool waiting, idle_timer_disabled = false;
4466
4467         if (new_bfqq) {
4468                 if (bic_to_bfqq(RQ_BIC(rq), 1) != bfqq)
4469                         new_bfqq = bic_to_bfqq(RQ_BIC(rq), 1);
4470                 /*
4471                  * Release the request's reference to the old bfqq
4472                  * and make sure one is taken to the shared queue.
4473                  */
4474                 new_bfqq->allocated++;
4475                 bfqq->allocated--;
4476                 new_bfqq->ref++;
4477                 /*
4478                  * If the bic associated with the process
4479                  * issuing this request still points to bfqq
4480                  * (and thus has not been already redirected
4481                  * to new_bfqq or even some other bfq_queue),
4482                  * then complete the merge and redirect it to
4483                  * new_bfqq.
4484                  */
4485                 if (bic_to_bfqq(RQ_BIC(rq), 1) == bfqq)
4486                         bfq_merge_bfqqs(bfqd, RQ_BIC(rq),
4487                                         bfqq, new_bfqq);
4488
4489                 bfq_clear_bfqq_just_created(bfqq);
4490                 /*
4491                  * rq is about to be enqueued into new_bfqq,
4492                  * release rq reference on bfqq
4493                  */
4494                 bfq_put_queue(bfqq);
4495                 rq->elv.priv[1] = new_bfqq;
4496                 bfqq = new_bfqq;
4497         }
4498
4499         waiting = bfqq && bfq_bfqq_wait_request(bfqq);
4500         bfq_add_request(rq);
4501         idle_timer_disabled = waiting && !bfq_bfqq_wait_request(bfqq);
4502
4503         rq->fifo_time = ktime_get_ns() + bfqd->bfq_fifo_expire[rq_is_sync(rq)];
4504         list_add_tail(&rq->queuelist, &bfqq->fifo);
4505
4506         bfq_rq_enqueued(bfqd, bfqq, rq);
4507
4508         return idle_timer_disabled;
4509 }
4510
4511 #if defined(CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED) && defined(CONFIG_DEBUG_BLK_CGROUP)
4512 static void bfq_update_insert_stats(struct request_queue *q,
4513                                     struct bfq_queue *bfqq,
4514                                     bool idle_timer_disabled,
4515                                     unsigned int cmd_flags)
4516 {
4517         if (!bfqq)
4518                 return;
4519
4520         /*
4521          * bfqq still exists, because it can disappear only after
4522          * either it is merged with another queue, or the process it
4523          * is associated with exits. But both actions must be taken by
4524          * the same process currently executing this flow of
4525          * instructions.
4526          *
4527          * In addition, the following queue lock guarantees that
4528          * bfqq_group(bfqq) exists as well.
4529          */
4530         spin_lock_irq(q->queue_lock);
4531         bfqg_stats_update_io_add(bfqq_group(bfqq), bfqq, cmd_flags);
4532         if (idle_timer_disabled)
4533                 bfqg_stats_update_idle_time(bfqq_group(bfqq));
4534         spin_unlock_irq(q->queue_lock);
4535 }
4536 #else
4537 static inline void bfq_update_insert_stats(struct request_queue *q,
4538                                            struct bfq_queue *bfqq,
4539                                            bool idle_timer_disabled,
4540                                            unsigned int cmd_flags) {}
4541 #endif
4542
4543 static void bfq_prepare_request(struct request *rq, struct bio *bio);
4544
4545 static void bfq_insert_request(struct blk_mq_hw_ctx *hctx, struct request *rq,
4546                                bool at_head)
4547 {
4548         struct request_queue *q = hctx->queue;
4549         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
4550         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
4551         bool idle_timer_disabled = false;
4552         unsigned int cmd_flags;
4553
4554         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
4555         if (blk_mq_sched_try_insert_merge(q, rq)) {
4556                 spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
4557                 return;
4558         }
4559
4560         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
4561
4562         blk_mq_sched_request_inserted(rq);
4563
4564         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
4565         if (at_head || blk_rq_is_passthrough(rq)) {
4566                 if (at_head)
4567                         list_add(&rq->queuelist, &bfqd->dispatch);
4568                 else
4569                         list_add_tail(&rq->queuelist, &bfqd->dispatch);
4570         } else {
4571                 if (WARN_ON_ONCE(!bfqq)) {
4572                         /*
4573                          * This should never happen. Most likely rq is
4574                          * a requeued regular request, being
4575                          * re-inserted without being first
4576                          * re-prepared. Do a prepare, to avoid
4577                          * failure.
4578                          */
4579                         bfq_prepare_request(rq, rq->bio);
4580                         bfqq = RQ_BFQQ(rq);
4581                 }
4582
4583                 idle_timer_disabled = __bfq_insert_request(bfqd, rq);
4584                 /*
4585                  * Update bfqq, because, if a queue merge has occurred
4586                  * in __bfq_insert_request, then rq has been
4587                  * redirected into a new queue.
4588                  */
4589                 bfqq = RQ_BFQQ(rq);
4590
4591                 if (rq_mergeable(rq)) {
4592                         elv_rqhash_add(q, rq);
4593                         if (!q->last_merge)
4594                                 q->last_merge = rq;
4595                 }
4596         }
4597
4598         /*
4599          * Cache cmd_flags before releasing scheduler lock, because rq
4600          * may disappear afterwards (for example, because of a request
4601          * merge).
4602          */
4603         cmd_flags = rq->cmd_flags;
4604
4605         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
4606
4607         bfq_update_insert_stats(q, bfqq, idle_timer_disabled,
4608                                 cmd_flags);
4609 }
4610
4611 static void bfq_insert_requests(struct blk_mq_hw_ctx *hctx,
4612                                 struct list_head *list, bool at_head)
4613 {
4614         while (!list_empty(list)) {
4615                 struct request *rq;
4616
4617                 rq = list_first_entry(list, struct request, queuelist);
4618                 list_del_init(&rq->queuelist);
4619                 bfq_insert_request(hctx, rq, at_head);
4620         }
4621 }
4622
4623 static void bfq_update_hw_tag(struct bfq_data *bfqd)
4624 {
4625         bfqd->max_rq_in_driver = max_t(int, bfqd->max_rq_in_driver,
4626                                        bfqd->rq_in_driver);
4627
4628         if (bfqd->hw_tag == 1)
4629                 return;
4630
4631         /*
4632          * This sample is valid if the number of outstanding requests
4633          * is large enough to allow a queueing behavior.  Note that the
4634          * sum is not exact, as it's not taking into account deactivated
4635          * requests.
4636          */
4637         if (bfqd->rq_in_driver + bfqd->queued < BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD)
4638                 return;
4639
4640         if (bfqd->hw_tag_samples++ < BFQ_HW_QUEUE_SAMPLES)
4641                 return;
4642
4643         bfqd->hw_tag = bfqd->max_rq_in_driver > BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD;
4644         bfqd->max_rq_in_driver = 0;
4645         bfqd->hw_tag_samples = 0;
4646 }
4647
4648 static void bfq_completed_request(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_data *bfqd)
4649 {
4650         u64 now_ns;
4651         u32 delta_us;
4652
4653         bfq_update_hw_tag(bfqd);
4654
4655         bfqd->rq_in_driver--;
4656         bfqq->dispatched--;
4657
4658         if (!bfqq->dispatched && !bfq_bfqq_busy(bfqq)) {
4659                 /*
4660                  * Set budget_timeout (which we overload to store the
4661                  * time at which the queue remains with no backlog and
4662                  * no outstanding request; used by the weight-raising
4663                  * mechanism).
4664                  */
4665                 bfqq->budget_timeout = jiffies;
4666
4667                 bfq_weights_tree_remove(bfqd, &bfqq->entity,
4668                                         &bfqd->queue_weights_tree);
4669         }
4670
4671         now_ns = ktime_get_ns();
4672
4673         bfqq->ttime.last_end_request = now_ns;
4674
4675         /*
4676          * Using us instead of ns, to get a reasonable precision in
4677          * computing rate in next check.
4678          */
4679         delta_us = div_u64(now_ns - bfqd->last_completion, NSEC_PER_USEC);
4680
4681         /*
4682          * If the request took rather long to complete, and, according
4683          * to the maximum request size recorded, this completion latency
4684          * implies that the request was certainly served at a very low
4685          * rate (less than 1M sectors/sec), then the whole observation
4686          * interval that lasts up to this time instant cannot be a
4687          * valid time interval for computing a new peak rate.  Invoke
4688          * bfq_update_rate_reset to have the following three steps
4689          * taken:
4690          * - close the observation interval at the last (previous)
4691          *   request dispatch or completion
4692          * - compute rate, if possible, for that observation interval
4693          * - reset to zero samples, which will trigger a proper
4694          *   re-initialization of the observation interval on next
4695          *   dispatch
4696          */
4697         if (delta_us > BFQ_MIN_TT/NSEC_PER_USEC &&
4698            (bfqd->last_rq_max_size<<BFQ_RATE_SHIFT)/delta_us <
4699                         1UL<<(BFQ_RATE_SHIFT - 10))
4700                 bfq_update_rate_reset(bfqd, NULL);
4701         bfqd->last_completion = now_ns;
4702
4703         /*
4704          * If we are waiting to discover whether the request pattern
4705          * of the task associated with the queue is actually
4706          * isochronous, and both requisites for this condition to hold
4707          * are now satisfied, then compute soft_rt_next_start (see the
4708          * comments on the function bfq_bfqq_softrt_next_start()). We
4709          * schedule this delayed check when bfqq expires, if it still
4710          * has in-flight requests.
4711          */
4712         if (bfq_bfqq_softrt_update(bfqq) && bfqq->dispatched == 0 &&
4713             RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list))
4714                 bfqq->soft_rt_next_start =
4715                         bfq_bfqq_softrt_next_start(bfqd, bfqq);
4716
4717         /*
4718          * If this is the in-service queue, check if it needs to be expired,
4719          * or if we want to idle in case it has no pending requests.
4720          */
4721         if (bfqd->in_service_queue == bfqq) {
4722                 if (bfqq->dispatched == 0 && bfq_bfqq_must_idle(bfqq)) {
4723                         bfq_arm_slice_timer(bfqd);
4724                         return;
4725                 } else if (bfq_may_expire_for_budg_timeout(bfqq))
4726                         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false,
4727                                         BFQQE_BUDGET_TIMEOUT);
4728                 else if (RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) &&
4729                          (bfqq->dispatched == 0 ||
4730                           !bfq_bfqq_may_idle(bfqq)))
4731                         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false,
4732                                         BFQQE_NO_MORE_REQUESTS);
4733         }
4734
4735         if (!bfqd->rq_in_driver)
4736                 bfq_schedule_dispatch(bfqd);
4737 }
4738
4739 static void bfq_finish_requeue_request_body(struct bfq_queue *bfqq)
4740 {
4741         bfqq->allocated--;
4742
4743         bfq_put_queue(bfqq);
4744 }
4745
4746 /*
4747  * Handle either a requeue or a finish for rq. The things to do are
4748  * the same in both cases: all references to rq are to be dropped. In
4749  * particular, rq is considered completed from the point of view of
4750  * the scheduler.
4751  */
4752 static void bfq_finish_requeue_request(struct request *rq)
4753 {
4754         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
4755         struct bfq_data *bfqd;
4756
4757         /*
4758          * Requeue and finish hooks are invoked in blk-mq without
4759          * checking whether the involved request is actually still
4760          * referenced in the scheduler. To handle this fact, the
4761          * following two checks make this function exit in case of
4762          * spurious invocations, for which there is nothing to do.
4763          *
4764          * First, check whether rq has nothing to do with an elevator.
4765          */
4766         if (unlikely(!(rq->rq_flags & RQF_ELVPRIV)))
4767                 return;
4768
4769         /*
4770          * rq either is not associated with any icq, or is an already
4771          * requeued request that has not (yet) been re-inserted into
4772          * a bfq_queue.
4773          */
4774         if (!rq->elv.icq || !bfqq)
4775                 return;
4776
4777         bfqd = bfqq->bfqd;
4778
4779         if (rq->rq_flags & RQF_STARTED)
4780                 bfqg_stats_update_completion(bfqq_group(bfqq),
4781                                              rq_start_time_ns(rq),
4782                                              rq_io_start_time_ns(rq),
4783                                              rq->cmd_flags);
4784
4785         if (likely(rq->rq_flags & RQF_STARTED)) {
4786                 unsigned long flags;
4787
4788                 spin_lock_irqsave(&bfqd->lock, flags);
4789
4790                 bfq_completed_request(bfqq, bfqd);
4791                 bfq_finish_requeue_request_body(bfqq);
4792
4793                 spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
4794         } else {
4795                 /*
4796                  * Request rq may be still/already in the scheduler,
4797                  * in which case we need to remove it (this should
4798                  * never happen in case of requeue). And we cannot
4799                  * defer such a check and removal, to avoid
4800                  * inconsistencies in the time interval from the end
4801                  * of this function to the start of the deferred work.
4802                  * This situation seems to occur only in process
4803                  * context, as a consequence of a merge. In the
4804                  * current version of the code, this implies that the
4805                  * lock is held.
4806                  */
4807
4808                 if (!RB_EMPTY_NODE(&rq->rb_node)) {
4809                         bfq_remove_request(rq->q, rq);
4810                         bfqg_stats_update_io_remove(bfqq_group(bfqq),
4811                                                     rq->cmd_flags);
4812                 }
4813                 bfq_finish_requeue_request_body(bfqq);
4814         }
4815
4816         /*
4817          * Reset private fields. In case of a requeue, this allows
4818          * this function to correctly do nothing if it is spuriously
4819          * invoked again on this same request (see the check at the
4820          * beginning of the function). Probably, a better general
4821          * design would be to prevent blk-mq from invoking the requeue
4822          * or finish hooks of an elevator, for a request that is not
4823          * referred by that elevator.
4824          *
4825          * Resetting the following fields would break the
4826          * request-insertion logic if rq is re-inserted into a bfq
4827          * internal queue, without a re-preparation. Here we assume
4828          * that re-insertions of requeued requests, without
4829          * re-preparation, can happen only for pass_through or at_head
4830          * requests (which are not re-inserted into bfq internal
4831          * queues).
4832          */
4833         rq->elv.priv[0] = NULL;
4834         rq->elv.priv[1] = NULL;
4835 }
4836
4837 /*
4838  * Returns NULL if a new bfqq should be allocated, or the old bfqq if this
4839  * was the last process referring to that bfqq.
4840  */
4841 static struct bfq_queue *
4842 bfq_split_bfqq(struct bfq_io_cq *bic, struct bfq_queue *bfqq)
4843 {
4844         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "splitting queue");
4845
4846         if (bfqq_process_refs(bfqq) == 1) {
4847                 bfqq->pid = current->pid;
4848                 bfq_clear_bfqq_coop(bfqq);
4849                 bfq_clear_bfqq_split_coop(bfqq);
4850                 return bfqq;
4851         }
4852
4853         bic_set_bfqq(bic, NULL, 1);
4854
4855         bfq_put_cooperator(bfqq);
4856
4857         bfq_put_queue(bfqq);
4858         return NULL;
4859 }
4860
4861 static struct bfq_queue *bfq_get_bfqq_handle_split(struct bfq_data *bfqd,
4862                                                    struct bfq_io_cq *bic,
4863                                                    struct bio *bio,
4864                                                    bool split, bool is_sync,
4865                                                    bool *new_queue)
4866 {
4867         struct bfq_queue *bfqq = bic_to_bfqq(bic, is_sync);
4868
4869         if (likely(bfqq && bfqq != &bfqd->oom_bfqq))
4870                 return bfqq;
4871
4872         if (new_queue)
4873                 *new_queue = true;
4874
4875         if (bfqq)
4876                 bfq_put_queue(bfqq);
4877         bfqq = bfq_get_queue(bfqd, bio, is_sync, bic);
4878
4879         bic_set_bfqq(bic, bfqq, is_sync);
4880         if (split && is_sync) {
4881                 if ((bic->was_in_burst_list && bfqd->large_burst) ||
4882                     bic->saved_in_large_burst)
4883                         bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq);
4884                 else {
4885                         bfq_clear_bfqq_in_large_burst(bfqq);
4886                         if (bic->was_in_burst_list)
4887                                 /*
4888                                  * If bfqq was in the current
4889                                  * burst list before being
4890                                  * merged, then we have to add
4891                                  * it back. And we do not need
4892                                  * to increase burst_size, as
4893                                  * we did not decrement
4894                                  * burst_size when we removed
4895                                  * bfqq from the burst list as
4896                                  * a consequence of a merge
4897                                  * (see comments in
4898                                  * bfq_put_queue). In this
4899                                  * respect, it would be rather
4900                                  * costly to know whether the
4901                                  * current burst list is still
4902                                  * the same burst list from
4903                                  * which bfqq was removed on
4904                                  * the merge. To avoid this
4905                                  * cost, if bfqq was in a
4906                                  * burst list, then we add
4907                                  * bfqq to the current burst
4908                                  * list without any further
4909                                  * check. This can cause
4910                                  * inappropriate insertions,
4911                                  * but rarely enough to not
4912                                  * harm the detection of large
4913                                  * bursts significantly.
4914                                  */
4915                                 hlist_add_head(&bfqq->burst_list_node,
4916                                                &bfqd->burst_list);
4917                 }
4918                 bfqq->split_time = jiffies;
4919         }
4920
4921         return bfqq;
4922 }
4923
4924 /*
4925  * Allocate bfq data structures associated with this request.
4926  */
4927 static void bfq_prepare_request(struct request *rq, struct bio *bio)
4928 {
4929         struct request_queue *q = rq->q;
4930         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
4931         struct bfq_io_cq *bic;
4932         const int is_sync = rq_is_sync(rq);
4933         struct bfq_queue *bfqq;
4934         bool new_queue = false;
4935         bool bfqq_already_existing = false, split = false;
4936
4937         /*
4938          * Even if we don't have an icq attached, we should still clear
4939          * the scheduler pointers, as they might point to previously
4940          * allocated bic/bfqq structs.
4941          */
4942         if (!rq->elv.icq) {
4943                 rq->elv.priv[0] = rq->elv.priv[1] = NULL;
4944                 return;
4945         }
4946
4947         bic = icq_to_bic(rq->elv.icq);
4948
4949         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
4950
4951         bfq_check_ioprio_change(bic, bio);
4952
4953         bfq_bic_update_cgroup(bic, bio);
4954
4955         bfqq = bfq_get_bfqq_handle_split(bfqd, bic, bio, false, is_sync,
4956                                          &new_queue);
4957
4958         if (likely(!new_queue)) {
4959                 /* If the queue was seeky for too long, break it apart. */
4960                 if (bfq_bfqq_coop(bfqq) && bfq_bfqq_split_coop(bfqq)) {
4961                         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "breaking apart bfqq");
4962
4963                         /* Update bic before losing reference to bfqq */
4964                         if (bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq))
4965                                 bic->saved_in_large_burst = true;
4966
4967                         bfqq = bfq_split_bfqq(bic, bfqq);
4968                         split = true;
4969
4970                         if (!bfqq)
4971                                 bfqq = bfq_get_bfqq_handle_split(bfqd, bic, bio,
4972                                                                  true, is_sync,
4973                                                                  NULL);
4974                         else
4975                                 bfqq_already_existing = true;
4976                 }
4977         }
4978
4979         bfqq->allocated++;
4980         bfqq->ref++;
4981         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "get_request %p: bfqq %p, %d",
4982                      rq, bfqq, bfqq->ref);
4983
4984         rq->elv.priv[0] = bic;
4985         rq->elv.priv[1] = bfqq;
4986
4987         /*
4988          * If a bfq_queue has only one process reference, it is owned
4989          * by only this bic: we can then set bfqq->bic = bic. in
4990          * addition, if the queue has also just been split, we have to
4991          * resume its state.
4992          */
4993         if (likely(bfqq != &bfqd->oom_bfqq) && bfqq_process_refs(bfqq) == 1) {
4994                 bfqq->bic = bic;
4995                 if (split) {
4996                         /*
4997                          * The queue has just been split from a shared
4998                          * queue: restore the idle window and the
4999                          * possible weight raising period.
5000                          */
5001                         bfq_bfqq_resume_state(bfqq, bfqd, bic,
5002                                               bfqq_already_existing);
5003                 }
5004         }
5005
5006         if (unlikely(bfq_bfqq_just_created(bfqq)))
5007                 bfq_handle_burst(bfqd, bfqq);
5008
5009         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
5010 }
5011
5012 static void bfq_idle_slice_timer_body(struct bfq_queue *bfqq)
5013 {
5014         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
5015         enum bfqq_expiration reason;
5016         unsigned long flags;
5017
5018         spin_lock_irqsave(&bfqd->lock, flags);
5019         bfq_clear_bfqq_wait_request(bfqq);
5020
5021         if (bfqq != bfqd->in_service_queue) {
5022                 spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
5023                 return;
5024         }
5025
5026         if (bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq))
5027                 /*
5028                  * Also here the queue can be safely expired
5029                  * for budget timeout without wasting
5030                  * guarantees
5031                  */
5032                 reason = BFQQE_BUDGET_TIMEOUT;
5033         else if (bfqq->queued[0] == 0 && bfqq->queued[1] == 0)
5034                 /*
5035                  * The queue may not be empty upon timer expiration,
5036                  * because we may not disable the timer when the
5037                  * first request of the in-service queue arrives
5038                  * during disk idling.
5039                  */
5040                 reason = BFQQE_TOO_IDLE;
5041         else
5042                 goto schedule_dispatch;
5043
5044         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, true, reason);
5045
5046 schedule_dispatch:
5047         spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
5048         bfq_schedule_dispatch(bfqd);
5049 }
5050
5051 /*
5052  * Handler of the expiration of the timer running if the in-service queue
5053  * is idling inside its time slice.
5054  */
5055 static enum hrtimer_restart bfq_idle_slice_timer(struct hrtimer *timer)
5056 {
5057         struct bfq_data *bfqd = container_of(timer, struct bfq_data,
5058                                              idle_slice_timer);
5059         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->in_service_queue;
5060
5061         /*
5062          * Theoretical race here: the in-service queue can be NULL or
5063          * different from the queue that was idling if a new request
5064          * arrives for the current queue and there is a full dispatch
5065          * cycle that changes the in-service queue.  This can hardly
5066          * happen, but in the worst case we just expire a queue too
5067          * early.
5068          */
5069         if (bfqq)
5070                 bfq_idle_slice_timer_body(bfqq);
5071
5072         return HRTIMER_NORESTART;
5073 }
5074
5075 static void __bfq_put_async_bfqq(struct bfq_data *bfqd,
5076                                  struct bfq_queue **bfqq_ptr)
5077 {
5078         struct bfq_queue *bfqq = *bfqq_ptr;
5079
5080         bfq_log(bfqd, "put_async_bfqq: %p", bfqq);
5081         if (bfqq) {
5082                 bfq_bfqq_move(bfqd, bfqq, bfqd->root_group);
5083
5084                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "put_async_bfqq: putting %p, %d",
5085                              bfqq, bfqq->ref);
5086                 bfq_put_queue(bfqq);
5087                 *bfqq_ptr = NULL;
5088         }
5089 }
5090
5091 /*
5092  * Release all the bfqg references to its async queues.  If we are
5093  * deallocating the group these queues may still contain requests, so
5094  * we reparent them to the root cgroup (i.e., the only one that will
5095  * exist for sure until all the requests on a device are gone).
5096  */
5097 void bfq_put_async_queues(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_group *bfqg)
5098 {
5099         int i, j;
5100
5101         for (i = 0; i < 2; i++)
5102                 for (j = 0; j < IOPRIO_BE_NR; j++)
5103                         __bfq_put_async_bfqq(bfqd, &bfqg->async_bfqq[i][j]);
5104
5105         __bfq_put_async_bfqq(bfqd, &bfqg->async_idle_bfqq);
5106 }
5107
5108 static void bfq_exit_queue(struct elevator_queue *e)
5109 {
5110         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
5111         struct bfq_queue *bfqq, *n;
5112
5113         hrtimer_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
5114
5115         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
5116         list_for_each_entry_safe(bfqq, n, &bfqd->idle_list, bfqq_list)
5117                 bfq_deactivate_bfqq(bfqd, bfqq, false, false);
5118         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
5119
5120         hrtimer_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
5121
5122 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
5123         /* release oom-queue reference to root group */
5124         bfqg_and_blkg_put(bfqd->root_group);
5125
5126         blkcg_deactivate_policy(bfqd->queue, &blkcg_policy_bfq);
5127 #else
5128         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
5129         bfq_put_async_queues(bfqd, bfqd->root_group);
5130         kfree(bfqd->root_group);
5131         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
5132 #endif
5133
5134         kfree(bfqd);
5135 }
5136
5137 static void bfq_init_root_group(struct bfq_group *root_group,
5138                                 struct bfq_data *bfqd)
5139 {
5140         int i;
5141
5142 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
5143         root_group->entity.parent = NULL;
5144         root_group->my_entity = NULL;
5145         root_group->bfqd = bfqd;
5146 #endif
5147         root_group->rq_pos_tree = RB_ROOT;
5148         for (i = 0; i < BFQ_IOPRIO_CLASSES; i++)
5149                 root_group->sched_data.service_tree[i] = BFQ_SERVICE_TREE_INIT;
5150         root_group->sched_data.bfq_class_idle_last_service = jiffies;
5151 }
5152
5153 static int bfq_init_queue(struct request_queue *q, struct elevator_type *e)
5154 {
5155         struct bfq_data *bfqd;
5156         struct elevator_queue *eq;
5157
5158         eq = elevator_alloc(q, e);
5159         if (!eq)
5160                 return -ENOMEM;
5161
5162         bfqd = kzalloc_node(sizeof(*bfqd), GFP_KERNEL, q->node);
5163         if (!bfqd) {
5164                 kobject_put(&eq->kobj);
5165                 return -ENOMEM;
5166         }
5167         eq->elevator_data = bfqd;
5168
5169         spin_lock_irq(q->queue_lock);
5170         q->elevator = eq;
5171         spin_unlock_irq(q->queue_lock);
5172
5173         /*
5174          * Our fallback bfqq if bfq_find_alloc_queue() runs into OOM issues.
5175          * Grab a permanent reference to it, so that the normal code flow
5176          * will not attempt to free it.
5177          */
5178         bfq_init_bfqq(bfqd, &bfqd->oom_bfqq, NULL, 1, 0);
5179         bfqd->oom_bfqq.ref++;
5180         bfqd->oom_bfqq.new_ioprio = BFQ_DEFAULT_QUEUE_IOPRIO;
5181         bfqd->oom_bfqq.new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_BE;
5182         bfqd->oom_bfqq.entity.new_weight =
5183                 bfq_ioprio_to_weight(bfqd->oom_bfqq.new_ioprio);
5184
5185         /* oom_bfqq does not participate to bursts */
5186         bfq_clear_bfqq_just_created(&bfqd->oom_bfqq);
5187
5188         /*
5189          * Trigger weight initialization, according to ioprio, at the
5190          * oom_bfqq's first activation. The oom_bfqq's ioprio and ioprio
5191          * class won't be changed any more.
5192          */
5193         bfqd->oom_bfqq.entity.prio_changed = 1;
5194
5195         bfqd->queue = q;
5196
5197         INIT_LIST_HEAD(&bfqd->dispatch);
5198
5199         hrtimer_init(&bfqd->idle_slice_timer, CLOCK_MONOTONIC,
5200                      HRTIMER_MODE_REL);
5201         bfqd->idle_slice_timer.function = bfq_idle_slice_timer;
5202
5203         bfqd->queue_weights_tree = RB_ROOT;
5204         bfqd->group_weights_tree = RB_ROOT;
5205
5206         INIT_LIST_HEAD(&bfqd->active_list);
5207         INIT_LIST_HEAD(&bfqd->idle_list);
5208         INIT_HLIST_HEAD(&bfqd->burst_list);
5209
5210         bfqd->hw_tag = -1;
5211
5212         bfqd->bfq_max_budget = bfq_default_max_budget;
5213
5214         bfqd->bfq_fifo_expire[0] = bfq_fifo_expire[0];
5215         bfqd->bfq_fifo_expire[1] = bfq_fifo_expire[1];
5216         bfqd->bfq_back_max = bfq_back_max;
5217         bfqd->bfq_back_penalty = bfq_back_penalty;
5218         bfqd->bfq_slice_idle = bfq_slice_idle;
5219         bfqd->bfq_timeout = bfq_timeout;
5220
5221         bfqd->bfq_requests_within_timer = 120;
5222
5223         bfqd->bfq_large_burst_thresh = 8;
5224         bfqd->bfq_burst_interval = msecs_to_jiffies(180);
5225
5226         bfqd->low_latency = true;
5227
5228         /*
5229          * Trade-off between responsiveness and fairness.
5230          */
5231         bfqd->bfq_wr_coeff = 30;
5232         bfqd->bfq_wr_rt_max_time = msecs_to_jiffies(300);
5233         bfqd->bfq_wr_max_time = 0;
5234         bfqd->bfq_wr_min_idle_time = msecs_to_jiffies(2000);
5235         bfqd->bfq_wr_min_inter_arr_async = msecs_to_jiffies(500);
5236         bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate = 7000; /*
5237                                               * Approximate rate required
5238                                               * to playback or record a
5239                                               * high-definition compressed
5240                                               * video.
5241                                               */
5242         bfqd->wr_busy_queues = 0;
5243
5244         /*
5245          * Begin by assuming, optimistically, that the device is a
5246          * high-speed one, and that its peak rate is equal to 2/3 of
5247          * the highest reference rate.
5248          */
5249         bfqd->RT_prod = R_fast[blk_queue_nonrot(bfqd->queue)] *
5250                         T_fast[blk_queue_nonrot(bfqd->queue)];
5251         bfqd->peak_rate = R_fast[blk_queue_nonrot(bfqd->queue)] * 2 / 3;
5252         bfqd->device_speed = BFQ_BFQD_FAST;
5253
5254         spin_lock_init(&bfqd->lock);
5255
5256         /*
5257          * The invocation of the next bfq_create_group_hierarchy
5258          * function is the head of a chain of function calls
5259          * (bfq_create_group_hierarchy->blkcg_activate_policy->
5260          * blk_mq_freeze_queue) that may lead to the invocation of the
5261          * has_work hook function. For this reason,
5262          * bfq_create_group_hierarchy is invoked only after all
5263          * scheduler data has been initialized, apart from the fields
5264          * that can be initialized only after invoking
5265          * bfq_create_group_hierarchy. This, in particular, enables
5266          * has_work to correctly return false. Of course, to avoid
5267          * other inconsistencies, the blk-mq stack must then refrain
5268          * from invoking further scheduler hooks before this init
5269          * function is finished.
5270          */
5271         bfqd->root_group = bfq_create_group_hierarchy(bfqd, q->node);
5272         if (!bfqd->root_group)
5273                 goto out_free;
5274         bfq_init_root_group(bfqd->root_group, bfqd);
5275         bfq_init_entity(&bfqd->oom_bfqq.entity, bfqd->root_group);
5276
5277         wbt_disable_default(q);
5278         return 0;
5279
5280 out_free:
5281         kfree(bfqd);
5282         kobject_put(&eq->kobj);
5283         return -ENOMEM;
5284 }
5285
5286 static void bfq_slab_kill(void)
5287 {
5288         kmem_cache_destroy(bfq_pool);
5289 }
5290
5291 static int __init bfq_slab_setup(void)
5292 {
5293         bfq_pool = KMEM_CACHE(bfq_queue, 0);
5294         if (!bfq_pool)
5295                 return -ENOMEM;
5296         return 0;
5297 }
5298
5299 static ssize_t bfq_var_show(unsigned int var, char *page)
5300 {
5301         return sprintf(page, "%u\n", var);
5302 }
5303
5304 static int bfq_var_store(unsigned long *var, const char *page)
5305 {
5306         unsigned long new_val;
5307         int ret = kstrtoul(page, 10, &new_val);
5308
5309         if (ret)
5310                 return ret;
5311         *var = new_val;
5312         return 0;
5313 }
5314
5315 #define SHOW_FUNCTION(__FUNC, __VAR, __CONV)                            \
5316 static ssize_t __FUNC(struct elevator_queue *e, char *page)             \
5317 {                                                                       \
5318         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
5319         u64 __data = __VAR;                                             \
5320         if (__CONV == 1)                                                \
5321                 __data = jiffies_to_msecs(__data);                      \
5322         else if (__CONV == 2)                                           \
5323                 __data = div_u64(__data, NSEC_PER_MSEC);                \
5324         return bfq_var_show(__data, (page));                            \
5325 }
5326 SHOW_FUNCTION(bfq_fifo_expire_sync_show, bfqd->bfq_fifo_expire[1], 2);
5327 SHOW_FUNCTION(bfq_fifo_expire_async_show, bfqd->bfq_fifo_expire[0], 2);
5328 SHOW_FUNCTION(bfq_back_seek_max_show, bfqd->bfq_back_max, 0);
5329 SHOW_FUNCTION(bfq_back_seek_penalty_show, bfqd->bfq_back_penalty, 0);
5330 SHOW_FUNCTION(bfq_slice_idle_show, bfqd->bfq_slice_idle, 2);
5331 SHOW_FUNCTION(bfq_max_budget_show, bfqd->bfq_user_max_budget, 0);
5332 SHOW_FUNCTION(bfq_timeout_sync_show, bfqd->bfq_timeout, 1);
5333 SHOW_FUNCTION(bfq_strict_guarantees_show, bfqd->strict_guarantees, 0);
5334 SHOW_FUNCTION(bfq_low_latency_show, bfqd->low_latency, 0);
5335 #undef SHOW_FUNCTION
5336
5337 #define USEC_SHOW_FUNCTION(__FUNC, __VAR)                               \
5338 static ssize_t __FUNC(struct elevator_queue *e, char *page)             \
5339 {                                                                       \
5340         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
5341         u64 __data = __VAR;                                             \
5342         __data = div_u64(__data, NSEC_PER_USEC);                        \
5343         return bfq_var_show(__data, (page));                            \
5344 }
5345 USEC_SHOW_FUNCTION(bfq_slice_idle_us_show, bfqd->bfq_slice_idle);
5346 #undef USEC_SHOW_FUNCTION
5347
5348 #define STORE_FUNCTION(__FUNC, __PTR, MIN, MAX, __CONV)                 \
5349 static ssize_t                                                          \
5350 __FUNC(struct elevator_queue *e, const char *page, size_t count)        \
5351 {                                                                       \
5352         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
5353         unsigned long __data, __min = (MIN), __max = (MAX);             \
5354         int ret;                                                        \
5355                                                                         \
5356         ret = bfq_var_store(&__data, (page));                           \
5357         if (ret)                                                        \
5358                 return ret;                                             \
5359         if (__data < __min)                                             \
5360                 __data = __min;                                         \
5361         else if (__data > __max)                                        \
5362                 __data = __max;                                         \
5363         if (__CONV == 1)                                                \
5364                 *(__PTR) = msecs_to_jiffies(__data);                    \
5365         else if (__CONV == 2)                                           \
5366                 *(__PTR) = (u64)__data * NSEC_PER_MSEC;                 \
5367         else                                                            \
5368                 *(__PTR) = __data;                                      \
5369         return count;                                                   \
5370 }
5371 STORE_FUNCTION(bfq_fifo_expire_sync_store, &bfqd->bfq_fifo_expire[1], 1,
5372                 INT_MAX, 2);
5373 STORE_FUNCTION(bfq_fifo_expire_async_store, &bfqd->bfq_fifo_expire[0], 1,
5374                 INT_MAX, 2);
5375 STORE_FUNCTION(bfq_back_seek_max_store, &bfqd->bfq_back_max, 0, INT_MAX, 0);
5376 STORE_FUNCTION(bfq_back_seek_penalty_store, &bfqd->bfq_back_penalty, 1,
5377                 INT_MAX, 0);
5378 STORE_FUNCTION(bfq_slice_idle_store, &bfqd->bfq_slice_idle, 0, INT_MAX, 2);
5379 #undef STORE_FUNCTION
5380
5381 #define USEC_STORE_FUNCTION(__FUNC, __PTR, MIN, MAX)                    \
5382 static ssize_t __FUNC(struct elevator_queue *e, const char *page, size_t count)\
5383 {                                                                       \
5384         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
5385         unsigned long __data, __min = (MIN), __max = (MAX);             \
5386         int ret;                                                        \
5387                                                                         \
5388         ret = bfq_var_store(&__data, (page));                           \
5389         if (ret)                                                        \
5390                 return ret;                                             \
5391         if (__data < __min)                                             \
5392                 __data = __min;                                         \
5393         else if (__data > __max)                                        \
5394                 __data = __max;                                         \
5395         *(__PTR) = (u64)__data * NSEC_PER_USEC;                         \
5396         return count;                                                   \
5397 }
5398 USEC_STORE_FUNCTION(bfq_slice_idle_us_store, &bfqd->bfq_slice_idle, 0,
5399                     UINT_MAX);
5400 #undef USEC_STORE_FUNCTION
5401
5402 static ssize_t bfq_max_budget_store(struct elevator_queue *e,
5403                                     const char *page, size_t count)
5404 {
5405         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
5406         unsigned long __data;
5407         int ret;
5408
5409         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
5410         if (ret)
5411                 return ret;
5412
5413         if (__data == 0)
5414                 bfqd->bfq_max_budget = bfq_calc_max_budget(bfqd);
5415         else {
5416                 if (__data > INT_MAX)
5417                         __data = INT_MAX;
5418                 bfqd->bfq_max_budget = __data;
5419         }
5420
5421         bfqd->bfq_user_max_budget = __data;
5422
5423         return count;
5424 }
5425
5426 /*
5427  * Leaving this name to preserve name compatibility with cfq
5428  * parameters, but this timeout is used for both sync and async.
5429  */
5430 static ssize_t bfq_timeout_sync_store(struct elevator_queue *e,
5431                                       const char *page, size_t count)
5432 {
5433         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
5434         unsigned long __data;
5435         int ret;
5436
5437         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
5438         if (ret)
5439                 return ret;
5440
5441         if (__data < 1)
5442                 __data = 1;
5443         else if (__data > INT_MAX)
5444                 __data = INT_MAX;
5445
5446         bfqd->bfq_timeout = msecs_to_jiffies(__data);
5447         if (bfqd->bfq_user_max_budget == 0)
5448                 bfqd->bfq_max_budget = bfq_calc_max_budget(bfqd);
5449
5450         return count;
5451 }
5452
5453 static ssize_t bfq_strict_guarantees_store(struct elevator_queue *e,
5454                                      const char *page, size_t count)
5455 {
5456         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
5457         unsigned long __data;
5458         int ret;
5459
5460         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
5461         if (ret)
5462                 return ret;
5463
5464         if (__data > 1)
5465                 __data = 1;
5466         if (!bfqd->strict_guarantees && __data == 1
5467             && bfqd->bfq_slice_idle < 8 * NSEC_PER_MSEC)
5468                 bfqd->bfq_slice_idle = 8 * NSEC_PER_MSEC;
5469
5470         bfqd->strict_guarantees = __data;
5471
5472         return count;
5473 }
5474
5475 static ssize_t bfq_low_latency_store(struct elevator_queue *e,
5476                                      const char *page, size_t count)
5477 {
5478         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
5479         unsigned long __data;
5480         int ret;
5481
5482         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
5483         if (ret)
5484                 return ret;
5485
5486         if (__data > 1)
5487                 __data = 1;
5488         if (__data == 0 && bfqd->low_latency != 0)
5489                 bfq_end_wr(bfqd);
5490         bfqd->low_latency = __data;
5491
5492         return count;
5493 }
5494
5495 #define BFQ_ATTR(name) \
5496         __ATTR(name, 0644, bfq_##name##_show, bfq_##name##_store)
5497
5498 static struct elv_fs_entry bfq_attrs[] = {
5499         BFQ_ATTR(fifo_expire_sync),
5500         BFQ_ATTR(fifo_expire_async),
5501         BFQ_ATTR(back_seek_max),
5502         BFQ_ATTR(back_seek_penalty),
5503         BFQ_ATTR(slice_idle),
5504         BFQ_ATTR(slice_idle_us),
5505         BFQ_ATTR(max_budget),
5506         BFQ_ATTR(timeout_sync),
5507         BFQ_ATTR(strict_guarantees),
5508         BFQ_ATTR(low_latency),
5509         __ATTR_NULL
5510 };
5511
5512 static struct elevator_type iosched_bfq_mq = {
5513         .ops.mq = {
5514                 .limit_depth            = bfq_limit_depth,
5515                 .prepare_request        = bfq_prepare_request,
5516                 .requeue_request        = bfq_finish_requeue_request,
5517                 .finish_request         = bfq_finish_requeue_request,
5518                 .exit_icq               = bfq_exit_icq,
5519                 .insert_requests        = bfq_insert_requests,
5520                 .dispatch_request       = bfq_dispatch_request,
5521                 .next_request           = elv_rb_latter_request,
5522                 .former_request         = elv_rb_former_request,
5523                 .allow_merge            = bfq_allow_bio_merge,
5524                 .bio_merge              = bfq_bio_merge,
5525                 .request_merge          = bfq_request_merge,
5526                 .requests_merged        = bfq_requests_merged,
5527                 .request_merged         = bfq_request_merged,
5528                 .has_work               = bfq_has_work,
5529                 .init_sched             = bfq_init_queue,
5530                 .exit_sched             = bfq_exit_queue,
5531         },
5532
5533         .uses_mq =              true,
5534         .icq_size =             sizeof(struct bfq_io_cq),
5535         .icq_align =            __alignof__(struct bfq_io_cq),
5536         .elevator_attrs =       bfq_attrs,
5537         .elevator_name =        "bfq",
5538         .elevator_owner =       THIS_MODULE,
5539 };
5540 MODULE_ALIAS("bfq-iosched");
5541
5542 static int __init bfq_init(void)
5543 {
5544         int ret;
5545
5546 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
5547         ret = blkcg_policy_register(&blkcg_policy_bfq);
5548         if (ret)
5549                 return ret;
5550 #endif
5551
5552         ret = -ENOMEM;
5553         if (bfq_slab_setup())
5554                 goto err_pol_unreg;
5555
5556         /*
5557          * Times to load large popular applications for the typical
5558          * systems installed on the reference devices (see the
5559          * comments before the definitions of the next two
5560          * arrays). Actually, we use slightly slower values, as the
5561          * estimated peak rate tends to be smaller than the actual
5562          * peak rate.  The reason for this last fact is that estimates
5563          * are computed over much shorter time intervals than the long
5564          * intervals typically used for benchmarking. Why? First, to
5565          * adapt more quickly to variations. Second, because an I/O
5566          * scheduler cannot rely on a peak-rate-evaluation workload to
5567          * be run for a long time.
5568          */
5569         T_slow[0] = msecs_to_jiffies(3500); /* actually 4 sec */
5570         T_slow[1] = msecs_to_jiffies(6000); /* actually 6.5 sec */
5571         T_fast[0] = msecs_to_jiffies(7000); /* actually 8 sec */
5572         T_fast[1] = msecs_to_jiffies(2500); /* actually 3 sec */
5573
5574         /*
5575          * Thresholds that determine the switch between speed classes
5576          * (see the comments before the definition of the array
5577          * device_speed_thresh). These thresholds are biased towards
5578          * transitions to the fast class. This is safer than the
5579          * opposite bias. In fact, a wrong transition to the slow
5580          * class results in short weight-raising periods, because the
5581          * speed of the device then tends to be higher that the
5582          * reference peak rate. On the opposite end, a wrong
5583          * transition to the fast class tends to increase
5584          * weight-raising periods, because of the opposite reason.
5585          */
5586         device_speed_thresh[0] = (4 * R_slow[0]) / 3;
5587         device_speed_thresh[1] = (4 * R_slow[1]) / 3;
5588
5589         ret = elv_register(&iosched_bfq_mq);
5590         if (ret)
5591                 goto slab_kill;
5592
5593         return 0;
5594
5595 slab_kill:
5596         bfq_slab_kill();
5597 err_pol_unreg:
5598 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
5599         blkcg_policy_unregister(&blkcg_policy_bfq);
5600 #endif
5601         return ret;
5602 }
5603
5604 static void __exit bfq_exit(void)
5605 {
5606         elv_unregister(&iosched_bfq_mq);
5607 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
5608         blkcg_policy_unregister(&blkcg_policy_bfq);
5609 #endif
5610         bfq_slab_kill();
5611 }
5612
5613 module_init(bfq_init);
5614 module_exit(bfq_exit);
5615
5616 MODULE_AUTHOR("Paolo Valente");
5617 MODULE_LICENSE("GPL");
5618 MODULE_DESCRIPTION("MQ Budget Fair Queueing I/O Scheduler");