Merge tag 'for-linus-5.2' of git://github.com/cminyard/linux-ipmi
[sfrench/cifs-2.6.git] / block / bfq-iosched.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-or-later
2 /*
3  * Budget Fair Queueing (BFQ) I/O scheduler.
4  *
5  * Based on ideas and code from CFQ:
6  * Copyright (C) 2003 Jens Axboe <axboe@kernel.dk>
7  *
8  * Copyright (C) 2008 Fabio Checconi <fabio@gandalf.sssup.it>
9  *                    Paolo Valente <paolo.valente@unimore.it>
10  *
11  * Copyright (C) 2010 Paolo Valente <paolo.valente@unimore.it>
12  *                    Arianna Avanzini <avanzini@google.com>
13  *
14  * Copyright (C) 2017 Paolo Valente <paolo.valente@linaro.org>
15  *
16  * BFQ is a proportional-share I/O scheduler, with some extra
17  * low-latency capabilities. BFQ also supports full hierarchical
18  * scheduling through cgroups. Next paragraphs provide an introduction
19  * on BFQ inner workings. Details on BFQ benefits, usage and
20  * limitations can be found in Documentation/block/bfq-iosched.txt.
21  *
22  * BFQ is a proportional-share storage-I/O scheduling algorithm based
23  * on the slice-by-slice service scheme of CFQ. But BFQ assigns
24  * budgets, measured in number of sectors, to processes instead of
25  * time slices. The device is not granted to the in-service process
26  * for a given time slice, but until it has exhausted its assigned
27  * budget. This change from the time to the service domain enables BFQ
28  * to distribute the device throughput among processes as desired,
29  * without any distortion due to throughput fluctuations, or to device
30  * internal queueing. BFQ uses an ad hoc internal scheduler, called
31  * B-WF2Q+, to schedule processes according to their budgets. More
32  * precisely, BFQ schedules queues associated with processes. Each
33  * process/queue is assigned a user-configurable weight, and B-WF2Q+
34  * guarantees that each queue receives a fraction of the throughput
35  * proportional to its weight. Thanks to the accurate policy of
36  * B-WF2Q+, BFQ can afford to assign high budgets to I/O-bound
37  * processes issuing sequential requests (to boost the throughput),
38  * and yet guarantee a low latency to interactive and soft real-time
39  * applications.
40  *
41  * In particular, to provide these low-latency guarantees, BFQ
42  * explicitly privileges the I/O of two classes of time-sensitive
43  * applications: interactive and soft real-time. In more detail, BFQ
44  * behaves this way if the low_latency parameter is set (default
45  * configuration). This feature enables BFQ to provide applications in
46  * these classes with a very low latency.
47  *
48  * To implement this feature, BFQ constantly tries to detect whether
49  * the I/O requests in a bfq_queue come from an interactive or a soft
50  * real-time application. For brevity, in these cases, the queue is
51  * said to be interactive or soft real-time. In both cases, BFQ
52  * privileges the service of the queue, over that of non-interactive
53  * and non-soft-real-time queues. This privileging is performed,
54  * mainly, by raising the weight of the queue. So, for brevity, we
55  * call just weight-raising periods the time periods during which a
56  * queue is privileged, because deemed interactive or soft real-time.
57  *
58  * The detection of soft real-time queues/applications is described in
59  * detail in the comments on the function
60  * bfq_bfqq_softrt_next_start. On the other hand, the detection of an
61  * interactive queue works as follows: a queue is deemed interactive
62  * if it is constantly non empty only for a limited time interval,
63  * after which it does become empty. The queue may be deemed
64  * interactive again (for a limited time), if it restarts being
65  * constantly non empty, provided that this happens only after the
66  * queue has remained empty for a given minimum idle time.
67  *
68  * By default, BFQ computes automatically the above maximum time
69  * interval, i.e., the time interval after which a constantly
70  * non-empty queue stops being deemed interactive. Since a queue is
71  * weight-raised while it is deemed interactive, this maximum time
72  * interval happens to coincide with the (maximum) duration of the
73  * weight-raising for interactive queues.
74  *
75  * Finally, BFQ also features additional heuristics for
76  * preserving both a low latency and a high throughput on NCQ-capable,
77  * rotational or flash-based devices, and to get the job done quickly
78  * for applications consisting in many I/O-bound processes.
79  *
80  * NOTE: if the main or only goal, with a given device, is to achieve
81  * the maximum-possible throughput at all times, then do switch off
82  * all low-latency heuristics for that device, by setting low_latency
83  * to 0.
84  *
85  * BFQ is described in [1], where also a reference to the initial,
86  * more theoretical paper on BFQ can be found. The interested reader
87  * can find in the latter paper full details on the main algorithm, as
88  * well as formulas of the guarantees and formal proofs of all the
89  * properties.  With respect to the version of BFQ presented in these
90  * papers, this implementation adds a few more heuristics, such as the
91  * ones that guarantee a low latency to interactive and soft real-time
92  * applications, and a hierarchical extension based on H-WF2Q+.
93  *
94  * B-WF2Q+ is based on WF2Q+, which is described in [2], together with
95  * H-WF2Q+, while the augmented tree used here to implement B-WF2Q+
96  * with O(log N) complexity derives from the one introduced with EEVDF
97  * in [3].
98  *
99  * [1] P. Valente, A. Avanzini, "Evolution of the BFQ Storage I/O
100  *     Scheduler", Proceedings of the First Workshop on Mobile System
101  *     Technologies (MST-2015), May 2015.
102  *     http://algogroup.unimore.it/people/paolo/disk_sched/mst-2015.pdf
103  *
104  * [2] Jon C.R. Bennett and H. Zhang, "Hierarchical Packet Fair Queueing
105  *     Algorithms", IEEE/ACM Transactions on Networking, 5(5):675-689,
106  *     Oct 1997.
107  *
108  * http://www.cs.cmu.edu/~hzhang/papers/TON-97-Oct.ps.gz
109  *
110  * [3] I. Stoica and H. Abdel-Wahab, "Earliest Eligible Virtual Deadline
111  *     First: A Flexible and Accurate Mechanism for Proportional Share
112  *     Resource Allocation", technical report.
113  *
114  * http://www.cs.berkeley.edu/~istoica/papers/eevdf-tr-95.pdf
115  */
116 #include <linux/module.h>
117 #include <linux/slab.h>
118 #include <linux/blkdev.h>
119 #include <linux/cgroup.h>
120 #include <linux/elevator.h>
121 #include <linux/ktime.h>
122 #include <linux/rbtree.h>
123 #include <linux/ioprio.h>
124 #include <linux/sbitmap.h>
125 #include <linux/delay.h>
126
127 #include "blk.h"
128 #include "blk-mq.h"
129 #include "blk-mq-tag.h"
130 #include "blk-mq-sched.h"
131 #include "bfq-iosched.h"
132 #include "blk-wbt.h"
133
134 #define BFQ_BFQQ_FNS(name)                                              \
135 void bfq_mark_bfqq_##name(struct bfq_queue *bfqq)                       \
136 {                                                                       \
137         __set_bit(BFQQF_##name, &(bfqq)->flags);                        \
138 }                                                                       \
139 void bfq_clear_bfqq_##name(struct bfq_queue *bfqq)                      \
140 {                                                                       \
141         __clear_bit(BFQQF_##name, &(bfqq)->flags);              \
142 }                                                                       \
143 int bfq_bfqq_##name(const struct bfq_queue *bfqq)                       \
144 {                                                                       \
145         return test_bit(BFQQF_##name, &(bfqq)->flags);          \
146 }
147
148 BFQ_BFQQ_FNS(just_created);
149 BFQ_BFQQ_FNS(busy);
150 BFQ_BFQQ_FNS(wait_request);
151 BFQ_BFQQ_FNS(non_blocking_wait_rq);
152 BFQ_BFQQ_FNS(fifo_expire);
153 BFQ_BFQQ_FNS(has_short_ttime);
154 BFQ_BFQQ_FNS(sync);
155 BFQ_BFQQ_FNS(IO_bound);
156 BFQ_BFQQ_FNS(in_large_burst);
157 BFQ_BFQQ_FNS(coop);
158 BFQ_BFQQ_FNS(split_coop);
159 BFQ_BFQQ_FNS(softrt_update);
160 #undef BFQ_BFQQ_FNS                                             \
161
162 /* Expiration time of sync (0) and async (1) requests, in ns. */
163 static const u64 bfq_fifo_expire[2] = { NSEC_PER_SEC / 4, NSEC_PER_SEC / 8 };
164
165 /* Maximum backwards seek (magic number lifted from CFQ), in KiB. */
166 static const int bfq_back_max = 16 * 1024;
167
168 /* Penalty of a backwards seek, in number of sectors. */
169 static const int bfq_back_penalty = 2;
170
171 /* Idling period duration, in ns. */
172 static u64 bfq_slice_idle = NSEC_PER_SEC / 125;
173
174 /* Minimum number of assigned budgets for which stats are safe to compute. */
175 static const int bfq_stats_min_budgets = 194;
176
177 /* Default maximum budget values, in sectors and number of requests. */
178 static const int bfq_default_max_budget = 16 * 1024;
179
180 /*
181  * When a sync request is dispatched, the queue that contains that
182  * request, and all the ancestor entities of that queue, are charged
183  * with the number of sectors of the request. In contrast, if the
184  * request is async, then the queue and its ancestor entities are
185  * charged with the number of sectors of the request, multiplied by
186  * the factor below. This throttles the bandwidth for async I/O,
187  * w.r.t. to sync I/O, and it is done to counter the tendency of async
188  * writes to steal I/O throughput to reads.
189  *
190  * The current value of this parameter is the result of a tuning with
191  * several hardware and software configurations. We tried to find the
192  * lowest value for which writes do not cause noticeable problems to
193  * reads. In fact, the lower this parameter, the stabler I/O control,
194  * in the following respect.  The lower this parameter is, the less
195  * the bandwidth enjoyed by a group decreases
196  * - when the group does writes, w.r.t. to when it does reads;
197  * - when other groups do reads, w.r.t. to when they do writes.
198  */
199 static const int bfq_async_charge_factor = 3;
200
201 /* Default timeout values, in jiffies, approximating CFQ defaults. */
202 const int bfq_timeout = HZ / 8;
203
204 /*
205  * Time limit for merging (see comments in bfq_setup_cooperator). Set
206  * to the slowest value that, in our tests, proved to be effective in
207  * removing false positives, while not causing true positives to miss
208  * queue merging.
209  *
210  * As can be deduced from the low time limit below, queue merging, if
211  * successful, happens at the very beginning of the I/O of the involved
212  * cooperating processes, as a consequence of the arrival of the very
213  * first requests from each cooperator.  After that, there is very
214  * little chance to find cooperators.
215  */
216 static const unsigned long bfq_merge_time_limit = HZ/10;
217
218 static struct kmem_cache *bfq_pool;
219
220 /* Below this threshold (in ns), we consider thinktime immediate. */
221 #define BFQ_MIN_TT              (2 * NSEC_PER_MSEC)
222
223 /* hw_tag detection: parallel requests threshold and min samples needed. */
224 #define BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD  3
225 #define BFQ_HW_QUEUE_SAMPLES    32
226
227 #define BFQQ_SEEK_THR           (sector_t)(8 * 100)
228 #define BFQQ_SECT_THR_NONROT    (sector_t)(2 * 32)
229 #define BFQ_RQ_SEEKY(bfqd, last_pos, rq) \
230         (get_sdist(last_pos, rq) >                      \
231          BFQQ_SEEK_THR &&                               \
232          (!blk_queue_nonrot(bfqd->queue) ||             \
233           blk_rq_sectors(rq) < BFQQ_SECT_THR_NONROT))
234 #define BFQQ_CLOSE_THR          (sector_t)(8 * 1024)
235 #define BFQQ_SEEKY(bfqq)        (hweight32(bfqq->seek_history) > 19)
236 /*
237  * Sync random I/O is likely to be confused with soft real-time I/O,
238  * because it is characterized by limited throughput and apparently
239  * isochronous arrival pattern. To avoid false positives, queues
240  * containing only random (seeky) I/O are prevented from being tagged
241  * as soft real-time.
242  */
243 #define BFQQ_TOTALLY_SEEKY(bfqq)        (bfqq->seek_history & -1)
244
245 /* Min number of samples required to perform peak-rate update */
246 #define BFQ_RATE_MIN_SAMPLES    32
247 /* Min observation time interval required to perform a peak-rate update (ns) */
248 #define BFQ_RATE_MIN_INTERVAL   (300*NSEC_PER_MSEC)
249 /* Target observation time interval for a peak-rate update (ns) */
250 #define BFQ_RATE_REF_INTERVAL   NSEC_PER_SEC
251
252 /*
253  * Shift used for peak-rate fixed precision calculations.
254  * With
255  * - the current shift: 16 positions
256  * - the current type used to store rate: u32
257  * - the current unit of measure for rate: [sectors/usec], or, more precisely,
258  *   [(sectors/usec) / 2^BFQ_RATE_SHIFT] to take into account the shift,
259  * the range of rates that can be stored is
260  * [1 / 2^BFQ_RATE_SHIFT, 2^(32 - BFQ_RATE_SHIFT)] sectors/usec =
261  * [1 / 2^16, 2^16] sectors/usec = [15e-6, 65536] sectors/usec =
262  * [15, 65G] sectors/sec
263  * Which, assuming a sector size of 512B, corresponds to a range of
264  * [7.5K, 33T] B/sec
265  */
266 #define BFQ_RATE_SHIFT          16
267
268 /*
269  * When configured for computing the duration of the weight-raising
270  * for interactive queues automatically (see the comments at the
271  * beginning of this file), BFQ does it using the following formula:
272  * duration = (ref_rate / r) * ref_wr_duration,
273  * where r is the peak rate of the device, and ref_rate and
274  * ref_wr_duration are two reference parameters.  In particular,
275  * ref_rate is the peak rate of the reference storage device (see
276  * below), and ref_wr_duration is about the maximum time needed, with
277  * BFQ and while reading two files in parallel, to load typical large
278  * applications on the reference device (see the comments on
279  * max_service_from_wr below, for more details on how ref_wr_duration
280  * is obtained).  In practice, the slower/faster the device at hand
281  * is, the more/less it takes to load applications with respect to the
282  * reference device.  Accordingly, the longer/shorter BFQ grants
283  * weight raising to interactive applications.
284  *
285  * BFQ uses two different reference pairs (ref_rate, ref_wr_duration),
286  * depending on whether the device is rotational or non-rotational.
287  *
288  * In the following definitions, ref_rate[0] and ref_wr_duration[0]
289  * are the reference values for a rotational device, whereas
290  * ref_rate[1] and ref_wr_duration[1] are the reference values for a
291  * non-rotational device. The reference rates are not the actual peak
292  * rates of the devices used as a reference, but slightly lower
293  * values. The reason for using slightly lower values is that the
294  * peak-rate estimator tends to yield slightly lower values than the
295  * actual peak rate (it can yield the actual peak rate only if there
296  * is only one process doing I/O, and the process does sequential
297  * I/O).
298  *
299  * The reference peak rates are measured in sectors/usec, left-shifted
300  * by BFQ_RATE_SHIFT.
301  */
302 static int ref_rate[2] = {14000, 33000};
303 /*
304  * To improve readability, a conversion function is used to initialize
305  * the following array, which entails that the array can be
306  * initialized only in a function.
307  */
308 static int ref_wr_duration[2];
309
310 /*
311  * BFQ uses the above-detailed, time-based weight-raising mechanism to
312  * privilege interactive tasks. This mechanism is vulnerable to the
313  * following false positives: I/O-bound applications that will go on
314  * doing I/O for much longer than the duration of weight
315  * raising. These applications have basically no benefit from being
316  * weight-raised at the beginning of their I/O. On the opposite end,
317  * while being weight-raised, these applications
318  * a) unjustly steal throughput to applications that may actually need
319  * low latency;
320  * b) make BFQ uselessly perform device idling; device idling results
321  * in loss of device throughput with most flash-based storage, and may
322  * increase latencies when used purposelessly.
323  *
324  * BFQ tries to reduce these problems, by adopting the following
325  * countermeasure. To introduce this countermeasure, we need first to
326  * finish explaining how the duration of weight-raising for
327  * interactive tasks is computed.
328  *
329  * For a bfq_queue deemed as interactive, the duration of weight
330  * raising is dynamically adjusted, as a function of the estimated
331  * peak rate of the device, so as to be equal to the time needed to
332  * execute the 'largest' interactive task we benchmarked so far. By
333  * largest task, we mean the task for which each involved process has
334  * to do more I/O than for any of the other tasks we benchmarked. This
335  * reference interactive task is the start-up of LibreOffice Writer,
336  * and in this task each process/bfq_queue needs to have at most ~110K
337  * sectors transferred.
338  *
339  * This last piece of information enables BFQ to reduce the actual
340  * duration of weight-raising for at least one class of I/O-bound
341  * applications: those doing sequential or quasi-sequential I/O. An
342  * example is file copy. In fact, once started, the main I/O-bound
343  * processes of these applications usually consume the above 110K
344  * sectors in much less time than the processes of an application that
345  * is starting, because these I/O-bound processes will greedily devote
346  * almost all their CPU cycles only to their target,
347  * throughput-friendly I/O operations. This is even more true if BFQ
348  * happens to be underestimating the device peak rate, and thus
349  * overestimating the duration of weight raising. But, according to
350  * our measurements, once transferred 110K sectors, these processes
351  * have no right to be weight-raised any longer.
352  *
353  * Basing on the last consideration, BFQ ends weight-raising for a
354  * bfq_queue if the latter happens to have received an amount of
355  * service at least equal to the following constant. The constant is
356  * set to slightly more than 110K, to have a minimum safety margin.
357  *
358  * This early ending of weight-raising reduces the amount of time
359  * during which interactive false positives cause the two problems
360  * described at the beginning of these comments.
361  */
362 static const unsigned long max_service_from_wr = 120000;
363
364 #define RQ_BIC(rq)              icq_to_bic((rq)->elv.priv[0])
365 #define RQ_BFQQ(rq)             ((rq)->elv.priv[1])
366
367 struct bfq_queue *bic_to_bfqq(struct bfq_io_cq *bic, bool is_sync)
368 {
369         return bic->bfqq[is_sync];
370 }
371
372 void bic_set_bfqq(struct bfq_io_cq *bic, struct bfq_queue *bfqq, bool is_sync)
373 {
374         bic->bfqq[is_sync] = bfqq;
375 }
376
377 struct bfq_data *bic_to_bfqd(struct bfq_io_cq *bic)
378 {
379         return bic->icq.q->elevator->elevator_data;
380 }
381
382 /**
383  * icq_to_bic - convert iocontext queue structure to bfq_io_cq.
384  * @icq: the iocontext queue.
385  */
386 static struct bfq_io_cq *icq_to_bic(struct io_cq *icq)
387 {
388         /* bic->icq is the first member, %NULL will convert to %NULL */
389         return container_of(icq, struct bfq_io_cq, icq);
390 }
391
392 /**
393  * bfq_bic_lookup - search into @ioc a bic associated to @bfqd.
394  * @bfqd: the lookup key.
395  * @ioc: the io_context of the process doing I/O.
396  * @q: the request queue.
397  */
398 static struct bfq_io_cq *bfq_bic_lookup(struct bfq_data *bfqd,
399                                         struct io_context *ioc,
400                                         struct request_queue *q)
401 {
402         if (ioc) {
403                 unsigned long flags;
404                 struct bfq_io_cq *icq;
405
406                 spin_lock_irqsave(&q->queue_lock, flags);
407                 icq = icq_to_bic(ioc_lookup_icq(ioc, q));
408                 spin_unlock_irqrestore(&q->queue_lock, flags);
409
410                 return icq;
411         }
412
413         return NULL;
414 }
415
416 /*
417  * Scheduler run of queue, if there are requests pending and no one in the
418  * driver that will restart queueing.
419  */
420 void bfq_schedule_dispatch(struct bfq_data *bfqd)
421 {
422         if (bfqd->queued != 0) {
423                 bfq_log(bfqd, "schedule dispatch");
424                 blk_mq_run_hw_queues(bfqd->queue, true);
425         }
426 }
427
428 #define bfq_class_idle(bfqq)    ((bfqq)->ioprio_class == IOPRIO_CLASS_IDLE)
429 #define bfq_class_rt(bfqq)      ((bfqq)->ioprio_class == IOPRIO_CLASS_RT)
430
431 #define bfq_sample_valid(samples)       ((samples) > 80)
432
433 /*
434  * Lifted from AS - choose which of rq1 and rq2 that is best served now.
435  * We choose the request that is closer to the head right now.  Distance
436  * behind the head is penalized and only allowed to a certain extent.
437  */
438 static struct request *bfq_choose_req(struct bfq_data *bfqd,
439                                       struct request *rq1,
440                                       struct request *rq2,
441                                       sector_t last)
442 {
443         sector_t s1, s2, d1 = 0, d2 = 0;
444         unsigned long back_max;
445 #define BFQ_RQ1_WRAP    0x01 /* request 1 wraps */
446 #define BFQ_RQ2_WRAP    0x02 /* request 2 wraps */
447         unsigned int wrap = 0; /* bit mask: requests behind the disk head? */
448
449         if (!rq1 || rq1 == rq2)
450                 return rq2;
451         if (!rq2)
452                 return rq1;
453
454         if (rq_is_sync(rq1) && !rq_is_sync(rq2))
455                 return rq1;
456         else if (rq_is_sync(rq2) && !rq_is_sync(rq1))
457                 return rq2;
458         if ((rq1->cmd_flags & REQ_META) && !(rq2->cmd_flags & REQ_META))
459                 return rq1;
460         else if ((rq2->cmd_flags & REQ_META) && !(rq1->cmd_flags & REQ_META))
461                 return rq2;
462
463         s1 = blk_rq_pos(rq1);
464         s2 = blk_rq_pos(rq2);
465
466         /*
467          * By definition, 1KiB is 2 sectors.
468          */
469         back_max = bfqd->bfq_back_max * 2;
470
471         /*
472          * Strict one way elevator _except_ in the case where we allow
473          * short backward seeks which are biased as twice the cost of a
474          * similar forward seek.
475          */
476         if (s1 >= last)
477                 d1 = s1 - last;
478         else if (s1 + back_max >= last)
479                 d1 = (last - s1) * bfqd->bfq_back_penalty;
480         else
481                 wrap |= BFQ_RQ1_WRAP;
482
483         if (s2 >= last)
484                 d2 = s2 - last;
485         else if (s2 + back_max >= last)
486                 d2 = (last - s2) * bfqd->bfq_back_penalty;
487         else
488                 wrap |= BFQ_RQ2_WRAP;
489
490         /* Found required data */
491
492         /*
493          * By doing switch() on the bit mask "wrap" we avoid having to
494          * check two variables for all permutations: --> faster!
495          */
496         switch (wrap) {
497         case 0: /* common case for CFQ: rq1 and rq2 not wrapped */
498                 if (d1 < d2)
499                         return rq1;
500                 else if (d2 < d1)
501                         return rq2;
502
503                 if (s1 >= s2)
504                         return rq1;
505                 else
506                         return rq2;
507
508         case BFQ_RQ2_WRAP:
509                 return rq1;
510         case BFQ_RQ1_WRAP:
511                 return rq2;
512         case BFQ_RQ1_WRAP|BFQ_RQ2_WRAP: /* both rqs wrapped */
513         default:
514                 /*
515                  * Since both rqs are wrapped,
516                  * start with the one that's further behind head
517                  * (--> only *one* back seek required),
518                  * since back seek takes more time than forward.
519                  */
520                 if (s1 <= s2)
521                         return rq1;
522                 else
523                         return rq2;
524         }
525 }
526
527 /*
528  * Async I/O can easily starve sync I/O (both sync reads and sync
529  * writes), by consuming all tags. Similarly, storms of sync writes,
530  * such as those that sync(2) may trigger, can starve sync reads.
531  * Limit depths of async I/O and sync writes so as to counter both
532  * problems.
533  */
534 static void bfq_limit_depth(unsigned int op, struct blk_mq_alloc_data *data)
535 {
536         struct bfq_data *bfqd = data->q->elevator->elevator_data;
537
538         if (op_is_sync(op) && !op_is_write(op))
539                 return;
540
541         data->shallow_depth =
542                 bfqd->word_depths[!!bfqd->wr_busy_queues][op_is_sync(op)];
543
544         bfq_log(bfqd, "[%s] wr_busy %d sync %d depth %u",
545                         __func__, bfqd->wr_busy_queues, op_is_sync(op),
546                         data->shallow_depth);
547 }
548
549 static struct bfq_queue *
550 bfq_rq_pos_tree_lookup(struct bfq_data *bfqd, struct rb_root *root,
551                      sector_t sector, struct rb_node **ret_parent,
552                      struct rb_node ***rb_link)
553 {
554         struct rb_node **p, *parent;
555         struct bfq_queue *bfqq = NULL;
556
557         parent = NULL;
558         p = &root->rb_node;
559         while (*p) {
560                 struct rb_node **n;
561
562                 parent = *p;
563                 bfqq = rb_entry(parent, struct bfq_queue, pos_node);
564
565                 /*
566                  * Sort strictly based on sector. Smallest to the left,
567                  * largest to the right.
568                  */
569                 if (sector > blk_rq_pos(bfqq->next_rq))
570                         n = &(*p)->rb_right;
571                 else if (sector < blk_rq_pos(bfqq->next_rq))
572                         n = &(*p)->rb_left;
573                 else
574                         break;
575                 p = n;
576                 bfqq = NULL;
577         }
578
579         *ret_parent = parent;
580         if (rb_link)
581                 *rb_link = p;
582
583         bfq_log(bfqd, "rq_pos_tree_lookup %llu: returning %d",
584                 (unsigned long long)sector,
585                 bfqq ? bfqq->pid : 0);
586
587         return bfqq;
588 }
589
590 static bool bfq_too_late_for_merging(struct bfq_queue *bfqq)
591 {
592         return bfqq->service_from_backlogged > 0 &&
593                 time_is_before_jiffies(bfqq->first_IO_time +
594                                        bfq_merge_time_limit);
595 }
596
597 /*
598  * The following function is not marked as __cold because it is
599  * actually cold, but for the same performance goal described in the
600  * comments on the likely() at the beginning of
601  * bfq_setup_cooperator(). Unexpectedly, to reach an even lower
602  * execution time for the case where this function is not invoked, we
603  * had to add an unlikely() in each involved if().
604  */
605 void __cold
606 bfq_pos_tree_add_move(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
607 {
608         struct rb_node **p, *parent;
609         struct bfq_queue *__bfqq;
610
611         if (bfqq->pos_root) {
612                 rb_erase(&bfqq->pos_node, bfqq->pos_root);
613                 bfqq->pos_root = NULL;
614         }
615
616         /*
617          * bfqq cannot be merged any longer (see comments in
618          * bfq_setup_cooperator): no point in adding bfqq into the
619          * position tree.
620          */
621         if (bfq_too_late_for_merging(bfqq))
622                 return;
623
624         if (bfq_class_idle(bfqq))
625                 return;
626         if (!bfqq->next_rq)
627                 return;
628
629         bfqq->pos_root = &bfq_bfqq_to_bfqg(bfqq)->rq_pos_tree;
630         __bfqq = bfq_rq_pos_tree_lookup(bfqd, bfqq->pos_root,
631                         blk_rq_pos(bfqq->next_rq), &parent, &p);
632         if (!__bfqq) {
633                 rb_link_node(&bfqq->pos_node, parent, p);
634                 rb_insert_color(&bfqq->pos_node, bfqq->pos_root);
635         } else
636                 bfqq->pos_root = NULL;
637 }
638
639 /*
640  * The following function returns false either if every active queue
641  * must receive the same share of the throughput (symmetric scenario),
642  * or, as a special case, if bfqq must receive a share of the
643  * throughput lower than or equal to the share that every other active
644  * queue must receive.  If bfqq does sync I/O, then these are the only
645  * two cases where bfqq happens to be guaranteed its share of the
646  * throughput even if I/O dispatching is not plugged when bfqq remains
647  * temporarily empty (for more details, see the comments in the
648  * function bfq_better_to_idle()). For this reason, the return value
649  * of this function is used to check whether I/O-dispatch plugging can
650  * be avoided.
651  *
652  * The above first case (symmetric scenario) occurs when:
653  * 1) all active queues have the same weight,
654  * 2) all active queues belong to the same I/O-priority class,
655  * 3) all active groups at the same level in the groups tree have the same
656  *    weight,
657  * 4) all active groups at the same level in the groups tree have the same
658  *    number of children.
659  *
660  * Unfortunately, keeping the necessary state for evaluating exactly
661  * the last two symmetry sub-conditions above would be quite complex
662  * and time consuming. Therefore this function evaluates, instead,
663  * only the following stronger three sub-conditions, for which it is
664  * much easier to maintain the needed state:
665  * 1) all active queues have the same weight,
666  * 2) all active queues belong to the same I/O-priority class,
667  * 3) there are no active groups.
668  * In particular, the last condition is always true if hierarchical
669  * support or the cgroups interface are not enabled, thus no state
670  * needs to be maintained in this case.
671  */
672 static bool bfq_asymmetric_scenario(struct bfq_data *bfqd,
673                                    struct bfq_queue *bfqq)
674 {
675         bool smallest_weight = bfqq &&
676                 bfqq->weight_counter &&
677                 bfqq->weight_counter ==
678                 container_of(
679                         rb_first_cached(&bfqd->queue_weights_tree),
680                         struct bfq_weight_counter,
681                         weights_node);
682
683         /*
684          * For queue weights to differ, queue_weights_tree must contain
685          * at least two nodes.
686          */
687         bool varied_queue_weights = !smallest_weight &&
688                 !RB_EMPTY_ROOT(&bfqd->queue_weights_tree.rb_root) &&
689                 (bfqd->queue_weights_tree.rb_root.rb_node->rb_left ||
690                  bfqd->queue_weights_tree.rb_root.rb_node->rb_right);
691
692         bool multiple_classes_busy =
693                 (bfqd->busy_queues[0] && bfqd->busy_queues[1]) ||
694                 (bfqd->busy_queues[0] && bfqd->busy_queues[2]) ||
695                 (bfqd->busy_queues[1] && bfqd->busy_queues[2]);
696
697         return varied_queue_weights || multiple_classes_busy
698 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
699                || bfqd->num_groups_with_pending_reqs > 0
700 #endif
701                 ;
702 }
703
704 /*
705  * If the weight-counter tree passed as input contains no counter for
706  * the weight of the input queue, then add that counter; otherwise just
707  * increment the existing counter.
708  *
709  * Note that weight-counter trees contain few nodes in mostly symmetric
710  * scenarios. For example, if all queues have the same weight, then the
711  * weight-counter tree for the queues may contain at most one node.
712  * This holds even if low_latency is on, because weight-raised queues
713  * are not inserted in the tree.
714  * In most scenarios, the rate at which nodes are created/destroyed
715  * should be low too.
716  */
717 void bfq_weights_tree_add(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
718                           struct rb_root_cached *root)
719 {
720         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
721         struct rb_node **new = &(root->rb_root.rb_node), *parent = NULL;
722         bool leftmost = true;
723
724         /*
725          * Do not insert if the queue is already associated with a
726          * counter, which happens if:
727          *   1) a request arrival has caused the queue to become both
728          *      non-weight-raised, and hence change its weight, and
729          *      backlogged; in this respect, each of the two events
730          *      causes an invocation of this function,
731          *   2) this is the invocation of this function caused by the
732          *      second event. This second invocation is actually useless,
733          *      and we handle this fact by exiting immediately. More
734          *      efficient or clearer solutions might possibly be adopted.
735          */
736         if (bfqq->weight_counter)
737                 return;
738
739         while (*new) {
740                 struct bfq_weight_counter *__counter = container_of(*new,
741                                                 struct bfq_weight_counter,
742                                                 weights_node);
743                 parent = *new;
744
745                 if (entity->weight == __counter->weight) {
746                         bfqq->weight_counter = __counter;
747                         goto inc_counter;
748                 }
749                 if (entity->weight < __counter->weight)
750                         new = &((*new)->rb_left);
751                 else {
752                         new = &((*new)->rb_right);
753                         leftmost = false;
754                 }
755         }
756
757         bfqq->weight_counter = kzalloc(sizeof(struct bfq_weight_counter),
758                                        GFP_ATOMIC);
759
760         /*
761          * In the unlucky event of an allocation failure, we just
762          * exit. This will cause the weight of queue to not be
763          * considered in bfq_asymmetric_scenario, which, in its turn,
764          * causes the scenario to be deemed wrongly symmetric in case
765          * bfqq's weight would have been the only weight making the
766          * scenario asymmetric.  On the bright side, no unbalance will
767          * however occur when bfqq becomes inactive again (the
768          * invocation of this function is triggered by an activation
769          * of queue).  In fact, bfq_weights_tree_remove does nothing
770          * if !bfqq->weight_counter.
771          */
772         if (unlikely(!bfqq->weight_counter))
773                 return;
774
775         bfqq->weight_counter->weight = entity->weight;
776         rb_link_node(&bfqq->weight_counter->weights_node, parent, new);
777         rb_insert_color_cached(&bfqq->weight_counter->weights_node, root,
778                                 leftmost);
779
780 inc_counter:
781         bfqq->weight_counter->num_active++;
782         bfqq->ref++;
783 }
784
785 /*
786  * Decrement the weight counter associated with the queue, and, if the
787  * counter reaches 0, remove the counter from the tree.
788  * See the comments to the function bfq_weights_tree_add() for considerations
789  * about overhead.
790  */
791 void __bfq_weights_tree_remove(struct bfq_data *bfqd,
792                                struct bfq_queue *bfqq,
793                                struct rb_root_cached *root)
794 {
795         if (!bfqq->weight_counter)
796                 return;
797
798         bfqq->weight_counter->num_active--;
799         if (bfqq->weight_counter->num_active > 0)
800                 goto reset_entity_pointer;
801
802         rb_erase_cached(&bfqq->weight_counter->weights_node, root);
803         kfree(bfqq->weight_counter);
804
805 reset_entity_pointer:
806         bfqq->weight_counter = NULL;
807         bfq_put_queue(bfqq);
808 }
809
810 /*
811  * Invoke __bfq_weights_tree_remove on bfqq and decrement the number
812  * of active groups for each queue's inactive parent entity.
813  */
814 void bfq_weights_tree_remove(struct bfq_data *bfqd,
815                              struct bfq_queue *bfqq)
816 {
817         struct bfq_entity *entity = bfqq->entity.parent;
818
819         for_each_entity(entity) {
820                 struct bfq_sched_data *sd = entity->my_sched_data;
821
822                 if (sd->next_in_service || sd->in_service_entity) {
823                         /*
824                          * entity is still active, because either
825                          * next_in_service or in_service_entity is not
826                          * NULL (see the comments on the definition of
827                          * next_in_service for details on why
828                          * in_service_entity must be checked too).
829                          *
830                          * As a consequence, its parent entities are
831                          * active as well, and thus this loop must
832                          * stop here.
833                          */
834                         break;
835                 }
836
837                 /*
838                  * The decrement of num_groups_with_pending_reqs is
839                  * not performed immediately upon the deactivation of
840                  * entity, but it is delayed to when it also happens
841                  * that the first leaf descendant bfqq of entity gets
842                  * all its pending requests completed. The following
843                  * instructions perform this delayed decrement, if
844                  * needed. See the comments on
845                  * num_groups_with_pending_reqs for details.
846                  */
847                 if (entity->in_groups_with_pending_reqs) {
848                         entity->in_groups_with_pending_reqs = false;
849                         bfqd->num_groups_with_pending_reqs--;
850                 }
851         }
852
853         /*
854          * Next function is invoked last, because it causes bfqq to be
855          * freed if the following holds: bfqq is not in service and
856          * has no dispatched request. DO NOT use bfqq after the next
857          * function invocation.
858          */
859         __bfq_weights_tree_remove(bfqd, bfqq,
860                                   &bfqd->queue_weights_tree);
861 }
862
863 /*
864  * Return expired entry, or NULL to just start from scratch in rbtree.
865  */
866 static struct request *bfq_check_fifo(struct bfq_queue *bfqq,
867                                       struct request *last)
868 {
869         struct request *rq;
870
871         if (bfq_bfqq_fifo_expire(bfqq))
872                 return NULL;
873
874         bfq_mark_bfqq_fifo_expire(bfqq);
875
876         rq = rq_entry_fifo(bfqq->fifo.next);
877
878         if (rq == last || ktime_get_ns() < rq->fifo_time)
879                 return NULL;
880
881         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "check_fifo: returned %p", rq);
882         return rq;
883 }
884
885 static struct request *bfq_find_next_rq(struct bfq_data *bfqd,
886                                         struct bfq_queue *bfqq,
887                                         struct request *last)
888 {
889         struct rb_node *rbnext = rb_next(&last->rb_node);
890         struct rb_node *rbprev = rb_prev(&last->rb_node);
891         struct request *next, *prev = NULL;
892
893         /* Follow expired path, else get first next available. */
894         next = bfq_check_fifo(bfqq, last);
895         if (next)
896                 return next;
897
898         if (rbprev)
899                 prev = rb_entry_rq(rbprev);
900
901         if (rbnext)
902                 next = rb_entry_rq(rbnext);
903         else {
904                 rbnext = rb_first(&bfqq->sort_list);
905                 if (rbnext && rbnext != &last->rb_node)
906                         next = rb_entry_rq(rbnext);
907         }
908
909         return bfq_choose_req(bfqd, next, prev, blk_rq_pos(last));
910 }
911
912 /* see the definition of bfq_async_charge_factor for details */
913 static unsigned long bfq_serv_to_charge(struct request *rq,
914                                         struct bfq_queue *bfqq)
915 {
916         if (bfq_bfqq_sync(bfqq) || bfqq->wr_coeff > 1 ||
917             bfq_asymmetric_scenario(bfqq->bfqd, bfqq))
918                 return blk_rq_sectors(rq);
919
920         return blk_rq_sectors(rq) * bfq_async_charge_factor;
921 }
922
923 /**
924  * bfq_updated_next_req - update the queue after a new next_rq selection.
925  * @bfqd: the device data the queue belongs to.
926  * @bfqq: the queue to update.
927  *
928  * If the first request of a queue changes we make sure that the queue
929  * has enough budget to serve at least its first request (if the
930  * request has grown).  We do this because if the queue has not enough
931  * budget for its first request, it has to go through two dispatch
932  * rounds to actually get it dispatched.
933  */
934 static void bfq_updated_next_req(struct bfq_data *bfqd,
935                                  struct bfq_queue *bfqq)
936 {
937         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
938         struct request *next_rq = bfqq->next_rq;
939         unsigned long new_budget;
940
941         if (!next_rq)
942                 return;
943
944         if (bfqq == bfqd->in_service_queue)
945                 /*
946                  * In order not to break guarantees, budgets cannot be
947                  * changed after an entity has been selected.
948                  */
949                 return;
950
951         new_budget = max_t(unsigned long,
952                            max_t(unsigned long, bfqq->max_budget,
953                                  bfq_serv_to_charge(next_rq, bfqq)),
954                            entity->service);
955         if (entity->budget != new_budget) {
956                 entity->budget = new_budget;
957                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "updated next rq: new budget %lu",
958                                          new_budget);
959                 bfq_requeue_bfqq(bfqd, bfqq, false);
960         }
961 }
962
963 static unsigned int bfq_wr_duration(struct bfq_data *bfqd)
964 {
965         u64 dur;
966
967         if (bfqd->bfq_wr_max_time > 0)
968                 return bfqd->bfq_wr_max_time;
969
970         dur = bfqd->rate_dur_prod;
971         do_div(dur, bfqd->peak_rate);
972
973         /*
974          * Limit duration between 3 and 25 seconds. The upper limit
975          * has been conservatively set after the following worst case:
976          * on a QEMU/KVM virtual machine
977          * - running in a slow PC
978          * - with a virtual disk stacked on a slow low-end 5400rpm HDD
979          * - serving a heavy I/O workload, such as the sequential reading
980          *   of several files
981          * mplayer took 23 seconds to start, if constantly weight-raised.
982          *
983          * As for higher values than that accommodating the above bad
984          * scenario, tests show that higher values would often yield
985          * the opposite of the desired result, i.e., would worsen
986          * responsiveness by allowing non-interactive applications to
987          * preserve weight raising for too long.
988          *
989          * On the other end, lower values than 3 seconds make it
990          * difficult for most interactive tasks to complete their jobs
991          * before weight-raising finishes.
992          */
993         return clamp_val(dur, msecs_to_jiffies(3000), msecs_to_jiffies(25000));
994 }
995
996 /* switch back from soft real-time to interactive weight raising */
997 static void switch_back_to_interactive_wr(struct bfq_queue *bfqq,
998                                           struct bfq_data *bfqd)
999 {
1000         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
1001         bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
1002         bfqq->last_wr_start_finish = bfqq->wr_start_at_switch_to_srt;
1003 }
1004
1005 static void
1006 bfq_bfqq_resume_state(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_data *bfqd,
1007                       struct bfq_io_cq *bic, bool bfq_already_existing)
1008 {
1009         unsigned int old_wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
1010         bool busy = bfq_already_existing && bfq_bfqq_busy(bfqq);
1011
1012         if (bic->saved_has_short_ttime)
1013                 bfq_mark_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
1014         else
1015                 bfq_clear_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
1016
1017         if (bic->saved_IO_bound)
1018                 bfq_mark_bfqq_IO_bound(bfqq);
1019         else
1020                 bfq_clear_bfqq_IO_bound(bfqq);
1021
1022         bfqq->entity.new_weight = bic->saved_weight;
1023         bfqq->ttime = bic->saved_ttime;
1024         bfqq->wr_coeff = bic->saved_wr_coeff;
1025         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt = bic->saved_wr_start_at_switch_to_srt;
1026         bfqq->last_wr_start_finish = bic->saved_last_wr_start_finish;
1027         bfqq->wr_cur_max_time = bic->saved_wr_cur_max_time;
1028
1029         if (bfqq->wr_coeff > 1 && (bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq) ||
1030             time_is_before_jiffies(bfqq->last_wr_start_finish +
1031                                    bfqq->wr_cur_max_time))) {
1032                 if (bfqq->wr_cur_max_time == bfqd->bfq_wr_rt_max_time &&
1033                     !bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq) &&
1034                     time_is_after_eq_jiffies(bfqq->wr_start_at_switch_to_srt +
1035                                              bfq_wr_duration(bfqd))) {
1036                         switch_back_to_interactive_wr(bfqq, bfqd);
1037                 } else {
1038                         bfqq->wr_coeff = 1;
1039                         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq,
1040                                      "resume state: switching off wr");
1041                 }
1042         }
1043
1044         /* make sure weight will be updated, however we got here */
1045         bfqq->entity.prio_changed = 1;
1046
1047         if (likely(!busy))
1048                 return;
1049
1050         if (old_wr_coeff == 1 && bfqq->wr_coeff > 1)
1051                 bfqd->wr_busy_queues++;
1052         else if (old_wr_coeff > 1 && bfqq->wr_coeff == 1)
1053                 bfqd->wr_busy_queues--;
1054 }
1055
1056 static int bfqq_process_refs(struct bfq_queue *bfqq)
1057 {
1058         return bfqq->ref - bfqq->allocated - bfqq->entity.on_st -
1059                 (bfqq->weight_counter != NULL);
1060 }
1061
1062 /* Empty burst list and add just bfqq (see comments on bfq_handle_burst) */
1063 static void bfq_reset_burst_list(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
1064 {
1065         struct bfq_queue *item;
1066         struct hlist_node *n;
1067
1068         hlist_for_each_entry_safe(item, n, &bfqd->burst_list, burst_list_node)
1069                 hlist_del_init(&item->burst_list_node);
1070
1071         /*
1072          * Start the creation of a new burst list only if there is no
1073          * active queue. See comments on the conditional invocation of
1074          * bfq_handle_burst().
1075          */
1076         if (bfq_tot_busy_queues(bfqd) == 0) {
1077                 hlist_add_head(&bfqq->burst_list_node, &bfqd->burst_list);
1078                 bfqd->burst_size = 1;
1079         } else
1080                 bfqd->burst_size = 0;
1081
1082         bfqd->burst_parent_entity = bfqq->entity.parent;
1083 }
1084
1085 /* Add bfqq to the list of queues in current burst (see bfq_handle_burst) */
1086 static void bfq_add_to_burst(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
1087 {
1088         /* Increment burst size to take into account also bfqq */
1089         bfqd->burst_size++;
1090
1091         if (bfqd->burst_size == bfqd->bfq_large_burst_thresh) {
1092                 struct bfq_queue *pos, *bfqq_item;
1093                 struct hlist_node *n;
1094
1095                 /*
1096                  * Enough queues have been activated shortly after each
1097                  * other to consider this burst as large.
1098                  */
1099                 bfqd->large_burst = true;
1100
1101                 /*
1102                  * We can now mark all queues in the burst list as
1103                  * belonging to a large burst.
1104                  */
1105                 hlist_for_each_entry(bfqq_item, &bfqd->burst_list,
1106                                      burst_list_node)
1107                         bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq_item);
1108                 bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq);
1109
1110                 /*
1111                  * From now on, and until the current burst finishes, any
1112                  * new queue being activated shortly after the last queue
1113                  * was inserted in the burst can be immediately marked as
1114                  * belonging to a large burst. So the burst list is not
1115                  * needed any more. Remove it.
1116                  */
1117                 hlist_for_each_entry_safe(pos, n, &bfqd->burst_list,
1118                                           burst_list_node)
1119                         hlist_del_init(&pos->burst_list_node);
1120         } else /*
1121                 * Burst not yet large: add bfqq to the burst list. Do
1122                 * not increment the ref counter for bfqq, because bfqq
1123                 * is removed from the burst list before freeing bfqq
1124                 * in put_queue.
1125                 */
1126                 hlist_add_head(&bfqq->burst_list_node, &bfqd->burst_list);
1127 }
1128
1129 /*
1130  * If many queues belonging to the same group happen to be created
1131  * shortly after each other, then the processes associated with these
1132  * queues have typically a common goal. In particular, bursts of queue
1133  * creations are usually caused by services or applications that spawn
1134  * many parallel threads/processes. Examples are systemd during boot,
1135  * or git grep. To help these processes get their job done as soon as
1136  * possible, it is usually better to not grant either weight-raising
1137  * or device idling to their queues, unless these queues must be
1138  * protected from the I/O flowing through other active queues.
1139  *
1140  * In this comment we describe, firstly, the reasons why this fact
1141  * holds, and, secondly, the next function, which implements the main
1142  * steps needed to properly mark these queues so that they can then be
1143  * treated in a different way.
1144  *
1145  * The above services or applications benefit mostly from a high
1146  * throughput: the quicker the requests of the activated queues are
1147  * cumulatively served, the sooner the target job of these queues gets
1148  * completed. As a consequence, weight-raising any of these queues,
1149  * which also implies idling the device for it, is almost always
1150  * counterproductive, unless there are other active queues to isolate
1151  * these new queues from. If there no other active queues, then
1152  * weight-raising these new queues just lowers throughput in most
1153  * cases.
1154  *
1155  * On the other hand, a burst of queue creations may be caused also by
1156  * the start of an application that does not consist of a lot of
1157  * parallel I/O-bound threads. In fact, with a complex application,
1158  * several short processes may need to be executed to start-up the
1159  * application. In this respect, to start an application as quickly as
1160  * possible, the best thing to do is in any case to privilege the I/O
1161  * related to the application with respect to all other
1162  * I/O. Therefore, the best strategy to start as quickly as possible
1163  * an application that causes a burst of queue creations is to
1164  * weight-raise all the queues created during the burst. This is the
1165  * exact opposite of the best strategy for the other type of bursts.
1166  *
1167  * In the end, to take the best action for each of the two cases, the
1168  * two types of bursts need to be distinguished. Fortunately, this
1169  * seems relatively easy, by looking at the sizes of the bursts. In
1170  * particular, we found a threshold such that only bursts with a
1171  * larger size than that threshold are apparently caused by
1172  * services or commands such as systemd or git grep. For brevity,
1173  * hereafter we call just 'large' these bursts. BFQ *does not*
1174  * weight-raise queues whose creation occurs in a large burst. In
1175  * addition, for each of these queues BFQ performs or does not perform
1176  * idling depending on which choice boosts the throughput more. The
1177  * exact choice depends on the device and request pattern at
1178  * hand.
1179  *
1180  * Unfortunately, false positives may occur while an interactive task
1181  * is starting (e.g., an application is being started). The
1182  * consequence is that the queues associated with the task do not
1183  * enjoy weight raising as expected. Fortunately these false positives
1184  * are very rare. They typically occur if some service happens to
1185  * start doing I/O exactly when the interactive task starts.
1186  *
1187  * Turning back to the next function, it is invoked only if there are
1188  * no active queues (apart from active queues that would belong to the
1189  * same, possible burst bfqq would belong to), and it implements all
1190  * the steps needed to detect the occurrence of a large burst and to
1191  * properly mark all the queues belonging to it (so that they can then
1192  * be treated in a different way). This goal is achieved by
1193  * maintaining a "burst list" that holds, temporarily, the queues that
1194  * belong to the burst in progress. The list is then used to mark
1195  * these queues as belonging to a large burst if the burst does become
1196  * large. The main steps are the following.
1197  *
1198  * . when the very first queue is created, the queue is inserted into the
1199  *   list (as it could be the first queue in a possible burst)
1200  *
1201  * . if the current burst has not yet become large, and a queue Q that does
1202  *   not yet belong to the burst is activated shortly after the last time
1203  *   at which a new queue entered the burst list, then the function appends
1204  *   Q to the burst list
1205  *
1206  * . if, as a consequence of the previous step, the burst size reaches
1207  *   the large-burst threshold, then
1208  *
1209  *     . all the queues in the burst list are marked as belonging to a
1210  *       large burst
1211  *
1212  *     . the burst list is deleted; in fact, the burst list already served
1213  *       its purpose (keeping temporarily track of the queues in a burst,
1214  *       so as to be able to mark them as belonging to a large burst in the
1215  *       previous sub-step), and now is not needed any more
1216  *
1217  *     . the device enters a large-burst mode
1218  *
1219  * . if a queue Q that does not belong to the burst is created while
1220  *   the device is in large-burst mode and shortly after the last time
1221  *   at which a queue either entered the burst list or was marked as
1222  *   belonging to the current large burst, then Q is immediately marked
1223  *   as belonging to a large burst.
1224  *
1225  * . if a queue Q that does not belong to the burst is created a while
1226  *   later, i.e., not shortly after, than the last time at which a queue
1227  *   either entered the burst list or was marked as belonging to the
1228  *   current large burst, then the current burst is deemed as finished and:
1229  *
1230  *        . the large-burst mode is reset if set
1231  *
1232  *        . the burst list is emptied
1233  *
1234  *        . Q is inserted in the burst list, as Q may be the first queue
1235  *          in a possible new burst (then the burst list contains just Q
1236  *          after this step).
1237  */
1238 static void bfq_handle_burst(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
1239 {
1240         /*
1241          * If bfqq is already in the burst list or is part of a large
1242          * burst, or finally has just been split, then there is
1243          * nothing else to do.
1244          */
1245         if (!hlist_unhashed(&bfqq->burst_list_node) ||
1246             bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq) ||
1247             time_is_after_eq_jiffies(bfqq->split_time +
1248                                      msecs_to_jiffies(10)))
1249                 return;
1250
1251         /*
1252          * If bfqq's creation happens late enough, or bfqq belongs to
1253          * a different group than the burst group, then the current
1254          * burst is finished, and related data structures must be
1255          * reset.
1256          *
1257          * In this respect, consider the special case where bfqq is
1258          * the very first queue created after BFQ is selected for this
1259          * device. In this case, last_ins_in_burst and
1260          * burst_parent_entity are not yet significant when we get
1261          * here. But it is easy to verify that, whether or not the
1262          * following condition is true, bfqq will end up being
1263          * inserted into the burst list. In particular the list will
1264          * happen to contain only bfqq. And this is exactly what has
1265          * to happen, as bfqq may be the first queue of the first
1266          * burst.
1267          */
1268         if (time_is_before_jiffies(bfqd->last_ins_in_burst +
1269             bfqd->bfq_burst_interval) ||
1270             bfqq->entity.parent != bfqd->burst_parent_entity) {
1271                 bfqd->large_burst = false;
1272                 bfq_reset_burst_list(bfqd, bfqq);
1273                 goto end;
1274         }
1275
1276         /*
1277          * If we get here, then bfqq is being activated shortly after the
1278          * last queue. So, if the current burst is also large, we can mark
1279          * bfqq as belonging to this large burst immediately.
1280          */
1281         if (bfqd->large_burst) {
1282                 bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq);
1283                 goto end;
1284         }
1285
1286         /*
1287          * If we get here, then a large-burst state has not yet been
1288          * reached, but bfqq is being activated shortly after the last
1289          * queue. Then we add bfqq to the burst.
1290          */
1291         bfq_add_to_burst(bfqd, bfqq);
1292 end:
1293         /*
1294          * At this point, bfqq either has been added to the current
1295          * burst or has caused the current burst to terminate and a
1296          * possible new burst to start. In particular, in the second
1297          * case, bfqq has become the first queue in the possible new
1298          * burst.  In both cases last_ins_in_burst needs to be moved
1299          * forward.
1300          */
1301         bfqd->last_ins_in_burst = jiffies;
1302 }
1303
1304 static int bfq_bfqq_budget_left(struct bfq_queue *bfqq)
1305 {
1306         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
1307
1308         return entity->budget - entity->service;
1309 }
1310
1311 /*
1312  * If enough samples have been computed, return the current max budget
1313  * stored in bfqd, which is dynamically updated according to the
1314  * estimated disk peak rate; otherwise return the default max budget
1315  */
1316 static int bfq_max_budget(struct bfq_data *bfqd)
1317 {
1318         if (bfqd->budgets_assigned < bfq_stats_min_budgets)
1319                 return bfq_default_max_budget;
1320         else
1321                 return bfqd->bfq_max_budget;
1322 }
1323
1324 /*
1325  * Return min budget, which is a fraction of the current or default
1326  * max budget (trying with 1/32)
1327  */
1328 static int bfq_min_budget(struct bfq_data *bfqd)
1329 {
1330         if (bfqd->budgets_assigned < bfq_stats_min_budgets)
1331                 return bfq_default_max_budget / 32;
1332         else
1333                 return bfqd->bfq_max_budget / 32;
1334 }
1335
1336 /*
1337  * The next function, invoked after the input queue bfqq switches from
1338  * idle to busy, updates the budget of bfqq. The function also tells
1339  * whether the in-service queue should be expired, by returning
1340  * true. The purpose of expiring the in-service queue is to give bfqq
1341  * the chance to possibly preempt the in-service queue, and the reason
1342  * for preempting the in-service queue is to achieve one of the two
1343  * goals below.
1344  *
1345  * 1. Guarantee to bfqq its reserved bandwidth even if bfqq has
1346  * expired because it has remained idle. In particular, bfqq may have
1347  * expired for one of the following two reasons:
1348  *
1349  * - BFQQE_NO_MORE_REQUESTS bfqq did not enjoy any device idling
1350  *   and did not make it to issue a new request before its last
1351  *   request was served;
1352  *
1353  * - BFQQE_TOO_IDLE bfqq did enjoy device idling, but did not issue
1354  *   a new request before the expiration of the idling-time.
1355  *
1356  * Even if bfqq has expired for one of the above reasons, the process
1357  * associated with the queue may be however issuing requests greedily,
1358  * and thus be sensitive to the bandwidth it receives (bfqq may have
1359  * remained idle for other reasons: CPU high load, bfqq not enjoying
1360  * idling, I/O throttling somewhere in the path from the process to
1361  * the I/O scheduler, ...). But if, after every expiration for one of
1362  * the above two reasons, bfqq has to wait for the service of at least
1363  * one full budget of another queue before being served again, then
1364  * bfqq is likely to get a much lower bandwidth or resource time than
1365  * its reserved ones. To address this issue, two countermeasures need
1366  * to be taken.
1367  *
1368  * First, the budget and the timestamps of bfqq need to be updated in
1369  * a special way on bfqq reactivation: they need to be updated as if
1370  * bfqq did not remain idle and did not expire. In fact, if they are
1371  * computed as if bfqq expired and remained idle until reactivation,
1372  * then the process associated with bfqq is treated as if, instead of
1373  * being greedy, it stopped issuing requests when bfqq remained idle,
1374  * and restarts issuing requests only on this reactivation. In other
1375  * words, the scheduler does not help the process recover the "service
1376  * hole" between bfqq expiration and reactivation. As a consequence,
1377  * the process receives a lower bandwidth than its reserved one. In
1378  * contrast, to recover this hole, the budget must be updated as if
1379  * bfqq was not expired at all before this reactivation, i.e., it must
1380  * be set to the value of the remaining budget when bfqq was
1381  * expired. Along the same line, timestamps need to be assigned the
1382  * value they had the last time bfqq was selected for service, i.e.,
1383  * before last expiration. Thus timestamps need to be back-shifted
1384  * with respect to their normal computation (see [1] for more details
1385  * on this tricky aspect).
1386  *
1387  * Secondly, to allow the process to recover the hole, the in-service
1388  * queue must be expired too, to give bfqq the chance to preempt it
1389  * immediately. In fact, if bfqq has to wait for a full budget of the
1390  * in-service queue to be completed, then it may become impossible to
1391  * let the process recover the hole, even if the back-shifted
1392  * timestamps of bfqq are lower than those of the in-service queue. If
1393  * this happens for most or all of the holes, then the process may not
1394  * receive its reserved bandwidth. In this respect, it is worth noting
1395  * that, being the service of outstanding requests unpreemptible, a
1396  * little fraction of the holes may however be unrecoverable, thereby
1397  * causing a little loss of bandwidth.
1398  *
1399  * The last important point is detecting whether bfqq does need this
1400  * bandwidth recovery. In this respect, the next function deems the
1401  * process associated with bfqq greedy, and thus allows it to recover
1402  * the hole, if: 1) the process is waiting for the arrival of a new
1403  * request (which implies that bfqq expired for one of the above two
1404  * reasons), and 2) such a request has arrived soon. The first
1405  * condition is controlled through the flag non_blocking_wait_rq,
1406  * while the second through the flag arrived_in_time. If both
1407  * conditions hold, then the function computes the budget in the
1408  * above-described special way, and signals that the in-service queue
1409  * should be expired. Timestamp back-shifting is done later in
1410  * __bfq_activate_entity.
1411  *
1412  * 2. Reduce latency. Even if timestamps are not backshifted to let
1413  * the process associated with bfqq recover a service hole, bfqq may
1414  * however happen to have, after being (re)activated, a lower finish
1415  * timestamp than the in-service queue.  That is, the next budget of
1416  * bfqq may have to be completed before the one of the in-service
1417  * queue. If this is the case, then preempting the in-service queue
1418  * allows this goal to be achieved, apart from the unpreemptible,
1419  * outstanding requests mentioned above.
1420  *
1421  * Unfortunately, regardless of which of the above two goals one wants
1422  * to achieve, service trees need first to be updated to know whether
1423  * the in-service queue must be preempted. To have service trees
1424  * correctly updated, the in-service queue must be expired and
1425  * rescheduled, and bfqq must be scheduled too. This is one of the
1426  * most costly operations (in future versions, the scheduling
1427  * mechanism may be re-designed in such a way to make it possible to
1428  * know whether preemption is needed without needing to update service
1429  * trees). In addition, queue preemptions almost always cause random
1430  * I/O, and thus loss of throughput. Because of these facts, the next
1431  * function adopts the following simple scheme to avoid both costly
1432  * operations and too frequent preemptions: it requests the expiration
1433  * of the in-service queue (unconditionally) only for queues that need
1434  * to recover a hole, or that either are weight-raised or deserve to
1435  * be weight-raised.
1436  */
1437 static bool bfq_bfqq_update_budg_for_activation(struct bfq_data *bfqd,
1438                                                 struct bfq_queue *bfqq,
1439                                                 bool arrived_in_time,
1440                                                 bool wr_or_deserves_wr)
1441 {
1442         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
1443
1444         /*
1445          * In the next compound condition, we check also whether there
1446          * is some budget left, because otherwise there is no point in
1447          * trying to go on serving bfqq with this same budget: bfqq
1448          * would be expired immediately after being selected for
1449          * service. This would only cause useless overhead.
1450          */
1451         if (bfq_bfqq_non_blocking_wait_rq(bfqq) && arrived_in_time &&
1452             bfq_bfqq_budget_left(bfqq) > 0) {
1453                 /*
1454                  * We do not clear the flag non_blocking_wait_rq here, as
1455                  * the latter is used in bfq_activate_bfqq to signal
1456                  * that timestamps need to be back-shifted (and is
1457                  * cleared right after).
1458                  */
1459
1460                 /*
1461                  * In next assignment we rely on that either
1462                  * entity->service or entity->budget are not updated
1463                  * on expiration if bfqq is empty (see
1464                  * __bfq_bfqq_recalc_budget). Thus both quantities
1465                  * remain unchanged after such an expiration, and the
1466                  * following statement therefore assigns to
1467                  * entity->budget the remaining budget on such an
1468                  * expiration.
1469                  */
1470                 entity->budget = min_t(unsigned long,
1471                                        bfq_bfqq_budget_left(bfqq),
1472                                        bfqq->max_budget);
1473
1474                 /*
1475                  * At this point, we have used entity->service to get
1476                  * the budget left (needed for updating
1477                  * entity->budget). Thus we finally can, and have to,
1478                  * reset entity->service. The latter must be reset
1479                  * because bfqq would otherwise be charged again for
1480                  * the service it has received during its previous
1481                  * service slot(s).
1482                  */
1483                 entity->service = 0;
1484
1485                 return true;
1486         }
1487
1488         /*
1489          * We can finally complete expiration, by setting service to 0.
1490          */
1491         entity->service = 0;
1492         entity->budget = max_t(unsigned long, bfqq->max_budget,
1493                                bfq_serv_to_charge(bfqq->next_rq, bfqq));
1494         bfq_clear_bfqq_non_blocking_wait_rq(bfqq);
1495         return wr_or_deserves_wr;
1496 }
1497
1498 /*
1499  * Return the farthest past time instant according to jiffies
1500  * macros.
1501  */
1502 static unsigned long bfq_smallest_from_now(void)
1503 {
1504         return jiffies - MAX_JIFFY_OFFSET;
1505 }
1506
1507 static void bfq_update_bfqq_wr_on_rq_arrival(struct bfq_data *bfqd,
1508                                              struct bfq_queue *bfqq,
1509                                              unsigned int old_wr_coeff,
1510                                              bool wr_or_deserves_wr,
1511                                              bool interactive,
1512                                              bool in_burst,
1513                                              bool soft_rt)
1514 {
1515         if (old_wr_coeff == 1 && wr_or_deserves_wr) {
1516                 /* start a weight-raising period */
1517                 if (interactive) {
1518                         bfqq->service_from_wr = 0;
1519                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
1520                         bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
1521                 } else {
1522                         /*
1523                          * No interactive weight raising in progress
1524                          * here: assign minus infinity to
1525                          * wr_start_at_switch_to_srt, to make sure
1526                          * that, at the end of the soft-real-time
1527                          * weight raising periods that is starting
1528                          * now, no interactive weight-raising period
1529                          * may be wrongly considered as still in
1530                          * progress (and thus actually started by
1531                          * mistake).
1532                          */
1533                         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt =
1534                                 bfq_smallest_from_now();
1535                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff *
1536                                 BFQ_SOFTRT_WEIGHT_FACTOR;
1537                         bfqq->wr_cur_max_time =
1538                                 bfqd->bfq_wr_rt_max_time;
1539                 }
1540
1541                 /*
1542                  * If needed, further reduce budget to make sure it is
1543                  * close to bfqq's backlog, so as to reduce the
1544                  * scheduling-error component due to a too large
1545                  * budget. Do not care about throughput consequences,
1546                  * but only about latency. Finally, do not assign a
1547                  * too small budget either, to avoid increasing
1548                  * latency by causing too frequent expirations.
1549                  */
1550                 bfqq->entity.budget = min_t(unsigned long,
1551                                             bfqq->entity.budget,
1552                                             2 * bfq_min_budget(bfqd));
1553         } else if (old_wr_coeff > 1) {
1554                 if (interactive) { /* update wr coeff and duration */
1555                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
1556                         bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
1557                 } else if (in_burst)
1558                         bfqq->wr_coeff = 1;
1559                 else if (soft_rt) {
1560                         /*
1561                          * The application is now or still meeting the
1562                          * requirements for being deemed soft rt.  We
1563                          * can then correctly and safely (re)charge
1564                          * the weight-raising duration for the
1565                          * application with the weight-raising
1566                          * duration for soft rt applications.
1567                          *
1568                          * In particular, doing this recharge now, i.e.,
1569                          * before the weight-raising period for the
1570                          * application finishes, reduces the probability
1571                          * of the following negative scenario:
1572                          * 1) the weight of a soft rt application is
1573                          *    raised at startup (as for any newly
1574                          *    created application),
1575                          * 2) since the application is not interactive,
1576                          *    at a certain time weight-raising is
1577                          *    stopped for the application,
1578                          * 3) at that time the application happens to
1579                          *    still have pending requests, and hence
1580                          *    is destined to not have a chance to be
1581                          *    deemed soft rt before these requests are
1582                          *    completed (see the comments to the
1583                          *    function bfq_bfqq_softrt_next_start()
1584                          *    for details on soft rt detection),
1585                          * 4) these pending requests experience a high
1586                          *    latency because the application is not
1587                          *    weight-raised while they are pending.
1588                          */
1589                         if (bfqq->wr_cur_max_time !=
1590                                 bfqd->bfq_wr_rt_max_time) {
1591                                 bfqq->wr_start_at_switch_to_srt =
1592                                         bfqq->last_wr_start_finish;
1593
1594                                 bfqq->wr_cur_max_time =
1595                                         bfqd->bfq_wr_rt_max_time;
1596                                 bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff *
1597                                         BFQ_SOFTRT_WEIGHT_FACTOR;
1598                         }
1599                         bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
1600                 }
1601         }
1602 }
1603
1604 static bool bfq_bfqq_idle_for_long_time(struct bfq_data *bfqd,
1605                                         struct bfq_queue *bfqq)
1606 {
1607         return bfqq->dispatched == 0 &&
1608                 time_is_before_jiffies(
1609                         bfqq->budget_timeout +
1610                         bfqd->bfq_wr_min_idle_time);
1611 }
1612
1613 static void bfq_bfqq_handle_idle_busy_switch(struct bfq_data *bfqd,
1614                                              struct bfq_queue *bfqq,
1615                                              int old_wr_coeff,
1616                                              struct request *rq,
1617                                              bool *interactive)
1618 {
1619         bool soft_rt, in_burst, wr_or_deserves_wr,
1620                 bfqq_wants_to_preempt,
1621                 idle_for_long_time = bfq_bfqq_idle_for_long_time(bfqd, bfqq),
1622                 /*
1623                  * See the comments on
1624                  * bfq_bfqq_update_budg_for_activation for
1625                  * details on the usage of the next variable.
1626                  */
1627                 arrived_in_time =  ktime_get_ns() <=
1628                         bfqq->ttime.last_end_request +
1629                         bfqd->bfq_slice_idle * 3;
1630
1631
1632         /*
1633          * bfqq deserves to be weight-raised if:
1634          * - it is sync,
1635          * - it does not belong to a large burst,
1636          * - it has been idle for enough time or is soft real-time,
1637          * - is linked to a bfq_io_cq (it is not shared in any sense).
1638          */
1639         in_burst = bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq);
1640         soft_rt = bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate > 0 &&
1641                 !BFQQ_TOTALLY_SEEKY(bfqq) &&
1642                 !in_burst &&
1643                 time_is_before_jiffies(bfqq->soft_rt_next_start) &&
1644                 bfqq->dispatched == 0;
1645         *interactive = !in_burst && idle_for_long_time;
1646         wr_or_deserves_wr = bfqd->low_latency &&
1647                 (bfqq->wr_coeff > 1 ||
1648                  (bfq_bfqq_sync(bfqq) &&
1649                   bfqq->bic && (*interactive || soft_rt)));
1650
1651         /*
1652          * Using the last flag, update budget and check whether bfqq
1653          * may want to preempt the in-service queue.
1654          */
1655         bfqq_wants_to_preempt =
1656                 bfq_bfqq_update_budg_for_activation(bfqd, bfqq,
1657                                                     arrived_in_time,
1658                                                     wr_or_deserves_wr);
1659
1660         /*
1661          * If bfqq happened to be activated in a burst, but has been
1662          * idle for much more than an interactive queue, then we
1663          * assume that, in the overall I/O initiated in the burst, the
1664          * I/O associated with bfqq is finished. So bfqq does not need
1665          * to be treated as a queue belonging to a burst
1666          * anymore. Accordingly, we reset bfqq's in_large_burst flag
1667          * if set, and remove bfqq from the burst list if it's
1668          * there. We do not decrement burst_size, because the fact
1669          * that bfqq does not need to belong to the burst list any
1670          * more does not invalidate the fact that bfqq was created in
1671          * a burst.
1672          */
1673         if (likely(!bfq_bfqq_just_created(bfqq)) &&
1674             idle_for_long_time &&
1675             time_is_before_jiffies(
1676                     bfqq->budget_timeout +
1677                     msecs_to_jiffies(10000))) {
1678                 hlist_del_init(&bfqq->burst_list_node);
1679                 bfq_clear_bfqq_in_large_burst(bfqq);
1680         }
1681
1682         bfq_clear_bfqq_just_created(bfqq);
1683
1684
1685         if (!bfq_bfqq_IO_bound(bfqq)) {
1686                 if (arrived_in_time) {
1687                         bfqq->requests_within_timer++;
1688                         if (bfqq->requests_within_timer >=
1689                             bfqd->bfq_requests_within_timer)
1690                                 bfq_mark_bfqq_IO_bound(bfqq);
1691                 } else
1692                         bfqq->requests_within_timer = 0;
1693         }
1694
1695         if (bfqd->low_latency) {
1696                 if (unlikely(time_is_after_jiffies(bfqq->split_time)))
1697                         /* wraparound */
1698                         bfqq->split_time =
1699                                 jiffies - bfqd->bfq_wr_min_idle_time - 1;
1700
1701                 if (time_is_before_jiffies(bfqq->split_time +
1702                                            bfqd->bfq_wr_min_idle_time)) {
1703                         bfq_update_bfqq_wr_on_rq_arrival(bfqd, bfqq,
1704                                                          old_wr_coeff,
1705                                                          wr_or_deserves_wr,
1706                                                          *interactive,
1707                                                          in_burst,
1708                                                          soft_rt);
1709
1710                         if (old_wr_coeff != bfqq->wr_coeff)
1711                                 bfqq->entity.prio_changed = 1;
1712                 }
1713         }
1714
1715         bfqq->last_idle_bklogged = jiffies;
1716         bfqq->service_from_backlogged = 0;
1717         bfq_clear_bfqq_softrt_update(bfqq);
1718
1719         bfq_add_bfqq_busy(bfqd, bfqq);
1720
1721         /*
1722          * Expire in-service queue only if preemption may be needed
1723          * for guarantees. In this respect, the function
1724          * next_queue_may_preempt just checks a simple, necessary
1725          * condition, and not a sufficient condition based on
1726          * timestamps. In fact, for the latter condition to be
1727          * evaluated, timestamps would need first to be updated, and
1728          * this operation is quite costly (see the comments on the
1729          * function bfq_bfqq_update_budg_for_activation).
1730          */
1731         if (bfqd->in_service_queue && bfqq_wants_to_preempt &&
1732             bfqd->in_service_queue->wr_coeff < bfqq->wr_coeff &&
1733             next_queue_may_preempt(bfqd))
1734                 bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqd->in_service_queue,
1735                                 false, BFQQE_PREEMPTED);
1736 }
1737
1738 static void bfq_add_request(struct request *rq)
1739 {
1740         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
1741         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
1742         struct request *next_rq, *prev;
1743         unsigned int old_wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
1744         bool interactive = false;
1745
1746         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "add_request %d", rq_is_sync(rq));
1747         bfqq->queued[rq_is_sync(rq)]++;
1748         bfqd->queued++;
1749
1750         if (RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) && bfq_bfqq_sync(bfqq)) {
1751                 /*
1752                  * Periodically reset inject limit, to make sure that
1753                  * the latter eventually drops in case workload
1754                  * changes, see step (3) in the comments on
1755                  * bfq_update_inject_limit().
1756                  */
1757                 if (time_is_before_eq_jiffies(bfqq->decrease_time_jif +
1758                                              msecs_to_jiffies(1000))) {
1759                         /* invalidate baseline total service time */
1760                         bfqq->last_serv_time_ns = 0;
1761
1762                         /*
1763                          * Reset pointer in case we are waiting for
1764                          * some request completion.
1765                          */
1766                         bfqd->waited_rq = NULL;
1767
1768                         /*
1769                          * If bfqq has a short think time, then start
1770                          * by setting the inject limit to 0
1771                          * prudentially, because the service time of
1772                          * an injected I/O request may be higher than
1773                          * the think time of bfqq, and therefore, if
1774                          * one request was injected when bfqq remains
1775                          * empty, this injected request might delay
1776                          * the service of the next I/O request for
1777                          * bfqq significantly. In case bfqq can
1778                          * actually tolerate some injection, then the
1779                          * adaptive update will however raise the
1780                          * limit soon. This lucky circumstance holds
1781                          * exactly because bfqq has a short think
1782                          * time, and thus, after remaining empty, is
1783                          * likely to get new I/O enqueued---and then
1784                          * completed---before being expired. This is
1785                          * the very pattern that gives the
1786                          * limit-update algorithm the chance to
1787                          * measure the effect of injection on request
1788                          * service times, and then to update the limit
1789                          * accordingly.
1790                          *
1791                          * On the opposite end, if bfqq has a long
1792                          * think time, then start directly by 1,
1793                          * because:
1794                          * a) on the bright side, keeping at most one
1795                          * request in service in the drive is unlikely
1796                          * to cause any harm to the latency of bfqq's
1797                          * requests, as the service time of a single
1798                          * request is likely to be lower than the
1799                          * think time of bfqq;
1800                          * b) on the downside, after becoming empty,
1801                          * bfqq is likely to expire before getting its
1802                          * next request. With this request arrival
1803                          * pattern, it is very hard to sample total
1804                          * service times and update the inject limit
1805                          * accordingly (see comments on
1806                          * bfq_update_inject_limit()). So the limit is
1807                          * likely to be never, or at least seldom,
1808                          * updated.  As a consequence, by setting the
1809                          * limit to 1, we avoid that no injection ever
1810                          * occurs with bfqq. On the downside, this
1811                          * proactive step further reduces chances to
1812                          * actually compute the baseline total service
1813                          * time. Thus it reduces chances to execute the
1814                          * limit-update algorithm and possibly raise the
1815                          * limit to more than 1.
1816                          */
1817                         if (bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq))
1818                                 bfqq->inject_limit = 0;
1819                         else
1820                                 bfqq->inject_limit = 1;
1821                         bfqq->decrease_time_jif = jiffies;
1822                 }
1823
1824                 /*
1825                  * The following conditions must hold to setup a new
1826                  * sampling of total service time, and then a new
1827                  * update of the inject limit:
1828                  * - bfqq is in service, because the total service
1829                  *   time is evaluated only for the I/O requests of
1830                  *   the queues in service;
1831                  * - this is the right occasion to compute or to
1832                  *   lower the baseline total service time, because
1833                  *   there are actually no requests in the drive,
1834                  *   or
1835                  *   the baseline total service time is available, and
1836                  *   this is the right occasion to compute the other
1837                  *   quantity needed to update the inject limit, i.e.,
1838                  *   the total service time caused by the amount of
1839                  *   injection allowed by the current value of the
1840                  *   limit. It is the right occasion because injection
1841                  *   has actually been performed during the service
1842                  *   hole, and there are still in-flight requests,
1843                  *   which are very likely to be exactly the injected
1844                  *   requests, or part of them;
1845                  * - the minimum interval for sampling the total
1846                  *   service time and updating the inject limit has
1847                  *   elapsed.
1848                  */
1849                 if (bfqq == bfqd->in_service_queue &&
1850                     (bfqd->rq_in_driver == 0 ||
1851                      (bfqq->last_serv_time_ns > 0 &&
1852                       bfqd->rqs_injected && bfqd->rq_in_driver > 0)) &&
1853                     time_is_before_eq_jiffies(bfqq->decrease_time_jif +
1854                                               msecs_to_jiffies(100))) {
1855                         bfqd->last_empty_occupied_ns = ktime_get_ns();
1856                         /*
1857                          * Start the state machine for measuring the
1858                          * total service time of rq: setting
1859                          * wait_dispatch will cause bfqd->waited_rq to
1860                          * be set when rq will be dispatched.
1861                          */
1862                         bfqd->wait_dispatch = true;
1863                         bfqd->rqs_injected = false;
1864                 }
1865         }
1866
1867         elv_rb_add(&bfqq->sort_list, rq);
1868
1869         /*
1870          * Check if this request is a better next-serve candidate.
1871          */
1872         prev = bfqq->next_rq;
1873         next_rq = bfq_choose_req(bfqd, bfqq->next_rq, rq, bfqd->last_position);
1874         bfqq->next_rq = next_rq;
1875
1876         /*
1877          * Adjust priority tree position, if next_rq changes.
1878          * See comments on bfq_pos_tree_add_move() for the unlikely().
1879          */
1880         if (unlikely(!bfqd->nonrot_with_queueing && prev != bfqq->next_rq))
1881                 bfq_pos_tree_add_move(bfqd, bfqq);
1882
1883         if (!bfq_bfqq_busy(bfqq)) /* switching to busy ... */
1884                 bfq_bfqq_handle_idle_busy_switch(bfqd, bfqq, old_wr_coeff,
1885                                                  rq, &interactive);
1886         else {
1887                 if (bfqd->low_latency && old_wr_coeff == 1 && !rq_is_sync(rq) &&
1888                     time_is_before_jiffies(
1889                                 bfqq->last_wr_start_finish +
1890                                 bfqd->bfq_wr_min_inter_arr_async)) {
1891                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
1892                         bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
1893
1894                         bfqd->wr_busy_queues++;
1895                         bfqq->entity.prio_changed = 1;
1896                 }
1897                 if (prev != bfqq->next_rq)
1898                         bfq_updated_next_req(bfqd, bfqq);
1899         }
1900
1901         /*
1902          * Assign jiffies to last_wr_start_finish in the following
1903          * cases:
1904          *
1905          * . if bfqq is not going to be weight-raised, because, for
1906          *   non weight-raised queues, last_wr_start_finish stores the
1907          *   arrival time of the last request; as of now, this piece
1908          *   of information is used only for deciding whether to
1909          *   weight-raise async queues
1910          *
1911          * . if bfqq is not weight-raised, because, if bfqq is now
1912          *   switching to weight-raised, then last_wr_start_finish
1913          *   stores the time when weight-raising starts
1914          *
1915          * . if bfqq is interactive, because, regardless of whether
1916          *   bfqq is currently weight-raised, the weight-raising
1917          *   period must start or restart (this case is considered
1918          *   separately because it is not detected by the above
1919          *   conditions, if bfqq is already weight-raised)
1920          *
1921          * last_wr_start_finish has to be updated also if bfqq is soft
1922          * real-time, because the weight-raising period is constantly
1923          * restarted on idle-to-busy transitions for these queues, but
1924          * this is already done in bfq_bfqq_handle_idle_busy_switch if
1925          * needed.
1926          */
1927         if (bfqd->low_latency &&
1928                 (old_wr_coeff == 1 || bfqq->wr_coeff == 1 || interactive))
1929                 bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
1930 }
1931
1932 static struct request *bfq_find_rq_fmerge(struct bfq_data *bfqd,
1933                                           struct bio *bio,
1934                                           struct request_queue *q)
1935 {
1936         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->bio_bfqq;
1937
1938
1939         if (bfqq)
1940                 return elv_rb_find(&bfqq->sort_list, bio_end_sector(bio));
1941
1942         return NULL;
1943 }
1944
1945 static sector_t get_sdist(sector_t last_pos, struct request *rq)
1946 {
1947         if (last_pos)
1948                 return abs(blk_rq_pos(rq) - last_pos);
1949
1950         return 0;
1951 }
1952
1953 #if 0 /* Still not clear if we can do without next two functions */
1954 static void bfq_activate_request(struct request_queue *q, struct request *rq)
1955 {
1956         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
1957
1958         bfqd->rq_in_driver++;
1959 }
1960
1961 static void bfq_deactivate_request(struct request_queue *q, struct request *rq)
1962 {
1963         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
1964
1965         bfqd->rq_in_driver--;
1966 }
1967 #endif
1968
1969 static void bfq_remove_request(struct request_queue *q,
1970                                struct request *rq)
1971 {
1972         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
1973         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
1974         const int sync = rq_is_sync(rq);
1975
1976         if (bfqq->next_rq == rq) {
1977                 bfqq->next_rq = bfq_find_next_rq(bfqd, bfqq, rq);
1978                 bfq_updated_next_req(bfqd, bfqq);
1979         }
1980
1981         if (rq->queuelist.prev != &rq->queuelist)
1982                 list_del_init(&rq->queuelist);
1983         bfqq->queued[sync]--;
1984         bfqd->queued--;
1985         elv_rb_del(&bfqq->sort_list, rq);
1986
1987         elv_rqhash_del(q, rq);
1988         if (q->last_merge == rq)
1989                 q->last_merge = NULL;
1990
1991         if (RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list)) {
1992                 bfqq->next_rq = NULL;
1993
1994                 if (bfq_bfqq_busy(bfqq) && bfqq != bfqd->in_service_queue) {
1995                         bfq_del_bfqq_busy(bfqd, bfqq, false);
1996                         /*
1997                          * bfqq emptied. In normal operation, when
1998                          * bfqq is empty, bfqq->entity.service and
1999                          * bfqq->entity.budget must contain,
2000                          * respectively, the service received and the
2001                          * budget used last time bfqq emptied. These
2002                          * facts do not hold in this case, as at least
2003                          * this last removal occurred while bfqq is
2004                          * not in service. To avoid inconsistencies,
2005                          * reset both bfqq->entity.service and
2006                          * bfqq->entity.budget, if bfqq has still a
2007                          * process that may issue I/O requests to it.
2008                          */
2009                         bfqq->entity.budget = bfqq->entity.service = 0;
2010                 }
2011
2012                 /*
2013                  * Remove queue from request-position tree as it is empty.
2014                  */
2015                 if (bfqq->pos_root) {
2016                         rb_erase(&bfqq->pos_node, bfqq->pos_root);
2017                         bfqq->pos_root = NULL;
2018                 }
2019         } else {
2020                 /* see comments on bfq_pos_tree_add_move() for the unlikely() */
2021                 if (unlikely(!bfqd->nonrot_with_queueing))
2022                         bfq_pos_tree_add_move(bfqd, bfqq);
2023         }
2024
2025         if (rq->cmd_flags & REQ_META)
2026                 bfqq->meta_pending--;
2027
2028 }
2029
2030 static bool bfq_bio_merge(struct blk_mq_hw_ctx *hctx, struct bio *bio)
2031 {
2032         struct request_queue *q = hctx->queue;
2033         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
2034         struct request *free = NULL;
2035         /*
2036          * bfq_bic_lookup grabs the queue_lock: invoke it now and
2037          * store its return value for later use, to avoid nesting
2038          * queue_lock inside the bfqd->lock. We assume that the bic
2039          * returned by bfq_bic_lookup does not go away before
2040          * bfqd->lock is taken.
2041          */
2042         struct bfq_io_cq *bic = bfq_bic_lookup(bfqd, current->io_context, q);
2043         bool ret;
2044
2045         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
2046
2047         if (bic)
2048                 bfqd->bio_bfqq = bic_to_bfqq(bic, op_is_sync(bio->bi_opf));
2049         else
2050                 bfqd->bio_bfqq = NULL;
2051         bfqd->bio_bic = bic;
2052
2053         ret = blk_mq_sched_try_merge(q, bio, &free);
2054
2055         if (free)
2056                 blk_mq_free_request(free);
2057         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
2058
2059         return ret;
2060 }
2061
2062 static int bfq_request_merge(struct request_queue *q, struct request **req,
2063                              struct bio *bio)
2064 {
2065         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
2066         struct request *__rq;
2067
2068         __rq = bfq_find_rq_fmerge(bfqd, bio, q);
2069         if (__rq && elv_bio_merge_ok(__rq, bio)) {
2070                 *req = __rq;
2071                 return ELEVATOR_FRONT_MERGE;
2072         }
2073
2074         return ELEVATOR_NO_MERGE;
2075 }
2076
2077 static struct bfq_queue *bfq_init_rq(struct request *rq);
2078
2079 static void bfq_request_merged(struct request_queue *q, struct request *req,
2080                                enum elv_merge type)
2081 {
2082         if (type == ELEVATOR_FRONT_MERGE &&
2083             rb_prev(&req->rb_node) &&
2084             blk_rq_pos(req) <
2085             blk_rq_pos(container_of(rb_prev(&req->rb_node),
2086                                     struct request, rb_node))) {
2087                 struct bfq_queue *bfqq = bfq_init_rq(req);
2088                 struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
2089                 struct request *prev, *next_rq;
2090
2091                 /* Reposition request in its sort_list */
2092                 elv_rb_del(&bfqq->sort_list, req);
2093                 elv_rb_add(&bfqq->sort_list, req);
2094
2095                 /* Choose next request to be served for bfqq */
2096                 prev = bfqq->next_rq;
2097                 next_rq = bfq_choose_req(bfqd, bfqq->next_rq, req,
2098                                          bfqd->last_position);
2099                 bfqq->next_rq = next_rq;
2100                 /*
2101                  * If next_rq changes, update both the queue's budget to
2102                  * fit the new request and the queue's position in its
2103                  * rq_pos_tree.
2104                  */
2105                 if (prev != bfqq->next_rq) {
2106                         bfq_updated_next_req(bfqd, bfqq);
2107                         /*
2108                          * See comments on bfq_pos_tree_add_move() for
2109                          * the unlikely().
2110                          */
2111                         if (unlikely(!bfqd->nonrot_with_queueing))
2112                                 bfq_pos_tree_add_move(bfqd, bfqq);
2113                 }
2114         }
2115 }
2116
2117 /*
2118  * This function is called to notify the scheduler that the requests
2119  * rq and 'next' have been merged, with 'next' going away.  BFQ
2120  * exploits this hook to address the following issue: if 'next' has a
2121  * fifo_time lower that rq, then the fifo_time of rq must be set to
2122  * the value of 'next', to not forget the greater age of 'next'.
2123  *
2124  * NOTE: in this function we assume that rq is in a bfq_queue, basing
2125  * on that rq is picked from the hash table q->elevator->hash, which,
2126  * in its turn, is filled only with I/O requests present in
2127  * bfq_queues, while BFQ is in use for the request queue q. In fact,
2128  * the function that fills this hash table (elv_rqhash_add) is called
2129  * only by bfq_insert_request.
2130  */
2131 static void bfq_requests_merged(struct request_queue *q, struct request *rq,
2132                                 struct request *next)
2133 {
2134         struct bfq_queue *bfqq = bfq_init_rq(rq),
2135                 *next_bfqq = bfq_init_rq(next);
2136
2137         /*
2138          * If next and rq belong to the same bfq_queue and next is older
2139          * than rq, then reposition rq in the fifo (by substituting next
2140          * with rq). Otherwise, if next and rq belong to different
2141          * bfq_queues, never reposition rq: in fact, we would have to
2142          * reposition it with respect to next's position in its own fifo,
2143          * which would most certainly be too expensive with respect to
2144          * the benefits.
2145          */
2146         if (bfqq == next_bfqq &&
2147             !list_empty(&rq->queuelist) && !list_empty(&next->queuelist) &&
2148             next->fifo_time < rq->fifo_time) {
2149                 list_del_init(&rq->queuelist);
2150                 list_replace_init(&next->queuelist, &rq->queuelist);
2151                 rq->fifo_time = next->fifo_time;
2152         }
2153
2154         if (bfqq->next_rq == next)
2155                 bfqq->next_rq = rq;
2156
2157         bfqg_stats_update_io_merged(bfqq_group(bfqq), next->cmd_flags);
2158 }
2159
2160 /* Must be called with bfqq != NULL */
2161 static void bfq_bfqq_end_wr(struct bfq_queue *bfqq)
2162 {
2163         if (bfq_bfqq_busy(bfqq))
2164                 bfqq->bfqd->wr_busy_queues--;
2165         bfqq->wr_coeff = 1;
2166         bfqq->wr_cur_max_time = 0;
2167         bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
2168         /*
2169          * Trigger a weight change on the next invocation of
2170          * __bfq_entity_update_weight_prio.
2171          */
2172         bfqq->entity.prio_changed = 1;
2173 }
2174
2175 void bfq_end_wr_async_queues(struct bfq_data *bfqd,
2176                              struct bfq_group *bfqg)
2177 {
2178         int i, j;
2179
2180         for (i = 0; i < 2; i++)
2181                 for (j = 0; j < IOPRIO_BE_NR; j++)
2182                         if (bfqg->async_bfqq[i][j])
2183                                 bfq_bfqq_end_wr(bfqg->async_bfqq[i][j]);
2184         if (bfqg->async_idle_bfqq)
2185                 bfq_bfqq_end_wr(bfqg->async_idle_bfqq);
2186 }
2187
2188 static void bfq_end_wr(struct bfq_data *bfqd)
2189 {
2190         struct bfq_queue *bfqq;
2191
2192         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
2193
2194         list_for_each_entry(bfqq, &bfqd->active_list, bfqq_list)
2195                 bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
2196         list_for_each_entry(bfqq, &bfqd->idle_list, bfqq_list)
2197                 bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
2198         bfq_end_wr_async(bfqd);
2199
2200         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
2201 }
2202
2203 static sector_t bfq_io_struct_pos(void *io_struct, bool request)
2204 {
2205         if (request)
2206                 return blk_rq_pos(io_struct);
2207         else
2208                 return ((struct bio *)io_struct)->bi_iter.bi_sector;
2209 }
2210
2211 static int bfq_rq_close_to_sector(void *io_struct, bool request,
2212                                   sector_t sector)
2213 {
2214         return abs(bfq_io_struct_pos(io_struct, request) - sector) <=
2215                BFQQ_CLOSE_THR;
2216 }
2217
2218 static struct bfq_queue *bfqq_find_close(struct bfq_data *bfqd,
2219                                          struct bfq_queue *bfqq,
2220                                          sector_t sector)
2221 {
2222         struct rb_root *root = &bfq_bfqq_to_bfqg(bfqq)->rq_pos_tree;
2223         struct rb_node *parent, *node;
2224         struct bfq_queue *__bfqq;
2225
2226         if (RB_EMPTY_ROOT(root))
2227                 return NULL;
2228
2229         /*
2230          * First, if we find a request starting at the end of the last
2231          * request, choose it.
2232          */
2233         __bfqq = bfq_rq_pos_tree_lookup(bfqd, root, sector, &parent, NULL);
2234         if (__bfqq)
2235                 return __bfqq;
2236
2237         /*
2238          * If the exact sector wasn't found, the parent of the NULL leaf
2239          * will contain the closest sector (rq_pos_tree sorted by
2240          * next_request position).
2241          */
2242         __bfqq = rb_entry(parent, struct bfq_queue, pos_node);
2243         if (bfq_rq_close_to_sector(__bfqq->next_rq, true, sector))
2244                 return __bfqq;
2245
2246         if (blk_rq_pos(__bfqq->next_rq) < sector)
2247                 node = rb_next(&__bfqq->pos_node);
2248         else
2249                 node = rb_prev(&__bfqq->pos_node);
2250         if (!node)
2251                 return NULL;
2252
2253         __bfqq = rb_entry(node, struct bfq_queue, pos_node);
2254         if (bfq_rq_close_to_sector(__bfqq->next_rq, true, sector))
2255                 return __bfqq;
2256
2257         return NULL;
2258 }
2259
2260 static struct bfq_queue *bfq_find_close_cooperator(struct bfq_data *bfqd,
2261                                                    struct bfq_queue *cur_bfqq,
2262                                                    sector_t sector)
2263 {
2264         struct bfq_queue *bfqq;
2265
2266         /*
2267          * We shall notice if some of the queues are cooperating,
2268          * e.g., working closely on the same area of the device. In
2269          * that case, we can group them together and: 1) don't waste
2270          * time idling, and 2) serve the union of their requests in
2271          * the best possible order for throughput.
2272          */
2273         bfqq = bfqq_find_close(bfqd, cur_bfqq, sector);
2274         if (!bfqq || bfqq == cur_bfqq)
2275                 return NULL;
2276
2277         return bfqq;
2278 }
2279
2280 static struct bfq_queue *
2281 bfq_setup_merge(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_queue *new_bfqq)
2282 {
2283         int process_refs, new_process_refs;
2284         struct bfq_queue *__bfqq;
2285
2286         /*
2287          * If there are no process references on the new_bfqq, then it is
2288          * unsafe to follow the ->new_bfqq chain as other bfqq's in the chain
2289          * may have dropped their last reference (not just their last process
2290          * reference).
2291          */
2292         if (!bfqq_process_refs(new_bfqq))
2293                 return NULL;
2294
2295         /* Avoid a circular list and skip interim queue merges. */
2296         while ((__bfqq = new_bfqq->new_bfqq)) {
2297                 if (__bfqq == bfqq)
2298                         return NULL;
2299                 new_bfqq = __bfqq;
2300         }
2301
2302         process_refs = bfqq_process_refs(bfqq);
2303         new_process_refs = bfqq_process_refs(new_bfqq);
2304         /*
2305          * If the process for the bfqq has gone away, there is no
2306          * sense in merging the queues.
2307          */
2308         if (process_refs == 0 || new_process_refs == 0)
2309                 return NULL;
2310
2311         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "scheduling merge with queue %d",
2312                 new_bfqq->pid);
2313
2314         /*
2315          * Merging is just a redirection: the requests of the process
2316          * owning one of the two queues are redirected to the other queue.
2317          * The latter queue, in its turn, is set as shared if this is the
2318          * first time that the requests of some process are redirected to
2319          * it.
2320          *
2321          * We redirect bfqq to new_bfqq and not the opposite, because
2322          * we are in the context of the process owning bfqq, thus we
2323          * have the io_cq of this process. So we can immediately
2324          * configure this io_cq to redirect the requests of the
2325          * process to new_bfqq. In contrast, the io_cq of new_bfqq is
2326          * not available any more (new_bfqq->bic == NULL).
2327          *
2328          * Anyway, even in case new_bfqq coincides with the in-service
2329          * queue, redirecting requests the in-service queue is the
2330          * best option, as we feed the in-service queue with new
2331          * requests close to the last request served and, by doing so,
2332          * are likely to increase the throughput.
2333          */
2334         bfqq->new_bfqq = new_bfqq;
2335         new_bfqq->ref += process_refs;
2336         return new_bfqq;
2337 }
2338
2339 static bool bfq_may_be_close_cooperator(struct bfq_queue *bfqq,
2340                                         struct bfq_queue *new_bfqq)
2341 {
2342         if (bfq_too_late_for_merging(new_bfqq))
2343                 return false;
2344
2345         if (bfq_class_idle(bfqq) || bfq_class_idle(new_bfqq) ||
2346             (bfqq->ioprio_class != new_bfqq->ioprio_class))
2347                 return false;
2348
2349         /*
2350          * If either of the queues has already been detected as seeky,
2351          * then merging it with the other queue is unlikely to lead to
2352          * sequential I/O.
2353          */
2354         if (BFQQ_SEEKY(bfqq) || BFQQ_SEEKY(new_bfqq))
2355                 return false;
2356
2357         /*
2358          * Interleaved I/O is known to be done by (some) applications
2359          * only for reads, so it does not make sense to merge async
2360          * queues.
2361          */
2362         if (!bfq_bfqq_sync(bfqq) || !bfq_bfqq_sync(new_bfqq))
2363                 return false;
2364
2365         return true;
2366 }
2367
2368 /*
2369  * Attempt to schedule a merge of bfqq with the currently in-service
2370  * queue or with a close queue among the scheduled queues.  Return
2371  * NULL if no merge was scheduled, a pointer to the shared bfq_queue
2372  * structure otherwise.
2373  *
2374  * The OOM queue is not allowed to participate to cooperation: in fact, since
2375  * the requests temporarily redirected to the OOM queue could be redirected
2376  * again to dedicated queues at any time, the state needed to correctly
2377  * handle merging with the OOM queue would be quite complex and expensive
2378  * to maintain. Besides, in such a critical condition as an out of memory,
2379  * the benefits of queue merging may be little relevant, or even negligible.
2380  *
2381  * WARNING: queue merging may impair fairness among non-weight raised
2382  * queues, for at least two reasons: 1) the original weight of a
2383  * merged queue may change during the merged state, 2) even being the
2384  * weight the same, a merged queue may be bloated with many more
2385  * requests than the ones produced by its originally-associated
2386  * process.
2387  */
2388 static struct bfq_queue *
2389 bfq_setup_cooperator(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
2390                      void *io_struct, bool request)
2391 {
2392         struct bfq_queue *in_service_bfqq, *new_bfqq;
2393
2394         /*
2395          * Do not perform queue merging if the device is non
2396          * rotational and performs internal queueing. In fact, such a
2397          * device reaches a high speed through internal parallelism
2398          * and pipelining. This means that, to reach a high
2399          * throughput, it must have many requests enqueued at the same
2400          * time. But, in this configuration, the internal scheduling
2401          * algorithm of the device does exactly the job of queue
2402          * merging: it reorders requests so as to obtain as much as
2403          * possible a sequential I/O pattern. As a consequence, with
2404          * the workload generated by processes doing interleaved I/O,
2405          * the throughput reached by the device is likely to be the
2406          * same, with and without queue merging.
2407          *
2408          * Disabling merging also provides a remarkable benefit in
2409          * terms of throughput. Merging tends to make many workloads
2410          * artificially more uneven, because of shared queues
2411          * remaining non empty for incomparably more time than
2412          * non-merged queues. This may accentuate workload
2413          * asymmetries. For example, if one of the queues in a set of
2414          * merged queues has a higher weight than a normal queue, then
2415          * the shared queue may inherit such a high weight and, by
2416          * staying almost always active, may force BFQ to perform I/O
2417          * plugging most of the time. This evidently makes it harder
2418          * for BFQ to let the device reach a high throughput.
2419          *
2420          * Finally, the likely() macro below is not used because one
2421          * of the two branches is more likely than the other, but to
2422          * have the code path after the following if() executed as
2423          * fast as possible for the case of a non rotational device
2424          * with queueing. We want it because this is the fastest kind
2425          * of device. On the opposite end, the likely() may lengthen
2426          * the execution time of BFQ for the case of slower devices
2427          * (rotational or at least without queueing). But in this case
2428          * the execution time of BFQ matters very little, if not at
2429          * all.
2430          */
2431         if (likely(bfqd->nonrot_with_queueing))
2432                 return NULL;
2433
2434         /*
2435          * Prevent bfqq from being merged if it has been created too
2436          * long ago. The idea is that true cooperating processes, and
2437          * thus their associated bfq_queues, are supposed to be
2438          * created shortly after each other. This is the case, e.g.,
2439          * for KVM/QEMU and dump I/O threads. Basing on this
2440          * assumption, the following filtering greatly reduces the
2441          * probability that two non-cooperating processes, which just
2442          * happen to do close I/O for some short time interval, have
2443          * their queues merged by mistake.
2444          */
2445         if (bfq_too_late_for_merging(bfqq))
2446                 return NULL;
2447
2448         if (bfqq->new_bfqq)
2449                 return bfqq->new_bfqq;
2450
2451         if (!io_struct || unlikely(bfqq == &bfqd->oom_bfqq))
2452                 return NULL;
2453
2454         /* If there is only one backlogged queue, don't search. */
2455         if (bfq_tot_busy_queues(bfqd) == 1)
2456                 return NULL;
2457
2458         in_service_bfqq = bfqd->in_service_queue;
2459
2460         if (in_service_bfqq && in_service_bfqq != bfqq &&
2461             likely(in_service_bfqq != &bfqd->oom_bfqq) &&
2462             bfq_rq_close_to_sector(io_struct, request,
2463                                    bfqd->in_serv_last_pos) &&
2464             bfqq->entity.parent == in_service_bfqq->entity.parent &&
2465             bfq_may_be_close_cooperator(bfqq, in_service_bfqq)) {
2466                 new_bfqq = bfq_setup_merge(bfqq, in_service_bfqq);
2467                 if (new_bfqq)
2468                         return new_bfqq;
2469         }
2470         /*
2471          * Check whether there is a cooperator among currently scheduled
2472          * queues. The only thing we need is that the bio/request is not
2473          * NULL, as we need it to establish whether a cooperator exists.
2474          */
2475         new_bfqq = bfq_find_close_cooperator(bfqd, bfqq,
2476                         bfq_io_struct_pos(io_struct, request));
2477
2478         if (new_bfqq && likely(new_bfqq != &bfqd->oom_bfqq) &&
2479             bfq_may_be_close_cooperator(bfqq, new_bfqq))
2480                 return bfq_setup_merge(bfqq, new_bfqq);
2481
2482         return NULL;
2483 }
2484
2485 static void bfq_bfqq_save_state(struct bfq_queue *bfqq)
2486 {
2487         struct bfq_io_cq *bic = bfqq->bic;
2488
2489         /*
2490          * If !bfqq->bic, the queue is already shared or its requests
2491          * have already been redirected to a shared queue; both idle window
2492          * and weight raising state have already been saved. Do nothing.
2493          */
2494         if (!bic)
2495                 return;
2496
2497         bic->saved_weight = bfqq->entity.orig_weight;
2498         bic->saved_ttime = bfqq->ttime;
2499         bic->saved_has_short_ttime = bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
2500         bic->saved_IO_bound = bfq_bfqq_IO_bound(bfqq);
2501         bic->saved_in_large_burst = bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq);
2502         bic->was_in_burst_list = !hlist_unhashed(&bfqq->burst_list_node);
2503         if (unlikely(bfq_bfqq_just_created(bfqq) &&
2504                      !bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq) &&
2505                      bfqq->bfqd->low_latency)) {
2506                 /*
2507                  * bfqq being merged right after being created: bfqq
2508                  * would have deserved interactive weight raising, but
2509                  * did not make it to be set in a weight-raised state,
2510                  * because of this early merge. Store directly the
2511                  * weight-raising state that would have been assigned
2512                  * to bfqq, so that to avoid that bfqq unjustly fails
2513                  * to enjoy weight raising if split soon.
2514                  */
2515                 bic->saved_wr_coeff = bfqq->bfqd->bfq_wr_coeff;
2516                 bic->saved_wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqq->bfqd);
2517                 bic->saved_last_wr_start_finish = jiffies;
2518         } else {
2519                 bic->saved_wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
2520                 bic->saved_wr_start_at_switch_to_srt =
2521                         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt;
2522                 bic->saved_last_wr_start_finish = bfqq->last_wr_start_finish;
2523                 bic->saved_wr_cur_max_time = bfqq->wr_cur_max_time;
2524         }
2525 }
2526
2527 static void
2528 bfq_merge_bfqqs(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_io_cq *bic,
2529                 struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_queue *new_bfqq)
2530 {
2531         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "merging with queue %lu",
2532                 (unsigned long)new_bfqq->pid);
2533         /* Save weight raising and idle window of the merged queues */
2534         bfq_bfqq_save_state(bfqq);
2535         bfq_bfqq_save_state(new_bfqq);
2536         if (bfq_bfqq_IO_bound(bfqq))
2537                 bfq_mark_bfqq_IO_bound(new_bfqq);
2538         bfq_clear_bfqq_IO_bound(bfqq);
2539
2540         /*
2541          * If bfqq is weight-raised, then let new_bfqq inherit
2542          * weight-raising. To reduce false positives, neglect the case
2543          * where bfqq has just been created, but has not yet made it
2544          * to be weight-raised (which may happen because EQM may merge
2545          * bfqq even before bfq_add_request is executed for the first
2546          * time for bfqq). Handling this case would however be very
2547          * easy, thanks to the flag just_created.
2548          */
2549         if (new_bfqq->wr_coeff == 1 && bfqq->wr_coeff > 1) {
2550                 new_bfqq->wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
2551                 new_bfqq->wr_cur_max_time = bfqq->wr_cur_max_time;
2552                 new_bfqq->last_wr_start_finish = bfqq->last_wr_start_finish;
2553                 new_bfqq->wr_start_at_switch_to_srt =
2554                         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt;
2555                 if (bfq_bfqq_busy(new_bfqq))
2556                         bfqd->wr_busy_queues++;
2557                 new_bfqq->entity.prio_changed = 1;
2558         }
2559
2560         if (bfqq->wr_coeff > 1) { /* bfqq has given its wr to new_bfqq */
2561                 bfqq->wr_coeff = 1;
2562                 bfqq->entity.prio_changed = 1;
2563                 if (bfq_bfqq_busy(bfqq))
2564                         bfqd->wr_busy_queues--;
2565         }
2566
2567         bfq_log_bfqq(bfqd, new_bfqq, "merge_bfqqs: wr_busy %d",
2568                      bfqd->wr_busy_queues);
2569
2570         /*
2571          * Merge queues (that is, let bic redirect its requests to new_bfqq)
2572          */
2573         bic_set_bfqq(bic, new_bfqq, 1);
2574         bfq_mark_bfqq_coop(new_bfqq);
2575         /*
2576          * new_bfqq now belongs to at least two bics (it is a shared queue):
2577          * set new_bfqq->bic to NULL. bfqq either:
2578          * - does not belong to any bic any more, and hence bfqq->bic must
2579          *   be set to NULL, or
2580          * - is a queue whose owning bics have already been redirected to a
2581          *   different queue, hence the queue is destined to not belong to
2582          *   any bic soon and bfqq->bic is already NULL (therefore the next
2583          *   assignment causes no harm).
2584          */
2585         new_bfqq->bic = NULL;
2586         /*
2587          * If the queue is shared, the pid is the pid of one of the associated
2588          * processes. Which pid depends on the exact sequence of merge events
2589          * the queue underwent. So printing such a pid is useless and confusing
2590          * because it reports a random pid between those of the associated
2591          * processes.
2592          * We mark such a queue with a pid -1, and then print SHARED instead of
2593          * a pid in logging messages.
2594          */
2595         new_bfqq->pid = -1;
2596         bfqq->bic = NULL;
2597         /* release process reference to bfqq */
2598         bfq_put_queue(bfqq);
2599 }
2600
2601 static bool bfq_allow_bio_merge(struct request_queue *q, struct request *rq,
2602                                 struct bio *bio)
2603 {
2604         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
2605         bool is_sync = op_is_sync(bio->bi_opf);
2606         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->bio_bfqq, *new_bfqq;
2607
2608         /*
2609          * Disallow merge of a sync bio into an async request.
2610          */
2611         if (is_sync && !rq_is_sync(rq))
2612                 return false;
2613
2614         /*
2615          * Lookup the bfqq that this bio will be queued with. Allow
2616          * merge only if rq is queued there.
2617          */
2618         if (!bfqq)
2619                 return false;
2620
2621         /*
2622          * We take advantage of this function to perform an early merge
2623          * of the queues of possible cooperating processes.
2624          */
2625         new_bfqq = bfq_setup_cooperator(bfqd, bfqq, bio, false);
2626         if (new_bfqq) {
2627                 /*
2628                  * bic still points to bfqq, then it has not yet been
2629                  * redirected to some other bfq_queue, and a queue
2630                  * merge between bfqq and new_bfqq can be safely
2631                  * fulfilled, i.e., bic can be redirected to new_bfqq
2632                  * and bfqq can be put.
2633                  */
2634                 bfq_merge_bfqqs(bfqd, bfqd->bio_bic, bfqq,
2635                                 new_bfqq);
2636                 /*
2637                  * If we get here, bio will be queued into new_queue,
2638                  * so use new_bfqq to decide whether bio and rq can be
2639                  * merged.
2640                  */
2641                 bfqq = new_bfqq;
2642
2643                 /*
2644                  * Change also bqfd->bio_bfqq, as
2645                  * bfqd->bio_bic now points to new_bfqq, and
2646                  * this function may be invoked again (and then may
2647                  * use again bqfd->bio_bfqq).
2648                  */
2649                 bfqd->bio_bfqq = bfqq;
2650         }
2651
2652         return bfqq == RQ_BFQQ(rq);
2653 }
2654
2655 /*
2656  * Set the maximum time for the in-service queue to consume its
2657  * budget. This prevents seeky processes from lowering the throughput.
2658  * In practice, a time-slice service scheme is used with seeky
2659  * processes.
2660  */
2661 static void bfq_set_budget_timeout(struct bfq_data *bfqd,
2662                                    struct bfq_queue *bfqq)
2663 {
2664         unsigned int timeout_coeff;
2665
2666         if (bfqq->wr_cur_max_time == bfqd->bfq_wr_rt_max_time)
2667                 timeout_coeff = 1;
2668         else
2669                 timeout_coeff = bfqq->entity.weight / bfqq->entity.orig_weight;
2670
2671         bfqd->last_budget_start = ktime_get();
2672
2673         bfqq->budget_timeout = jiffies +
2674                 bfqd->bfq_timeout * timeout_coeff;
2675 }
2676
2677 static void __bfq_set_in_service_queue(struct bfq_data *bfqd,
2678                                        struct bfq_queue *bfqq)
2679 {
2680         if (bfqq) {
2681                 bfq_clear_bfqq_fifo_expire(bfqq);
2682
2683                 bfqd->budgets_assigned = (bfqd->budgets_assigned * 7 + 256) / 8;
2684
2685                 if (time_is_before_jiffies(bfqq->last_wr_start_finish) &&
2686                     bfqq->wr_coeff > 1 &&
2687                     bfqq->wr_cur_max_time == bfqd->bfq_wr_rt_max_time &&
2688                     time_is_before_jiffies(bfqq->budget_timeout)) {
2689                         /*
2690                          * For soft real-time queues, move the start
2691                          * of the weight-raising period forward by the
2692                          * time the queue has not received any
2693                          * service. Otherwise, a relatively long
2694                          * service delay is likely to cause the
2695                          * weight-raising period of the queue to end,
2696                          * because of the short duration of the
2697                          * weight-raising period of a soft real-time
2698                          * queue.  It is worth noting that this move
2699                          * is not so dangerous for the other queues,
2700                          * because soft real-time queues are not
2701                          * greedy.
2702                          *
2703                          * To not add a further variable, we use the
2704                          * overloaded field budget_timeout to
2705                          * determine for how long the queue has not
2706                          * received service, i.e., how much time has
2707                          * elapsed since the queue expired. However,
2708                          * this is a little imprecise, because
2709                          * budget_timeout is set to jiffies if bfqq
2710                          * not only expires, but also remains with no
2711                          * request.
2712                          */
2713                         if (time_after(bfqq->budget_timeout,
2714                                        bfqq->last_wr_start_finish))
2715                                 bfqq->last_wr_start_finish +=
2716                                         jiffies - bfqq->budget_timeout;
2717                         else
2718                                 bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
2719                 }
2720
2721                 bfq_set_budget_timeout(bfqd, bfqq);
2722                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq,
2723                              "set_in_service_queue, cur-budget = %d",
2724                              bfqq->entity.budget);
2725         }
2726
2727         bfqd->in_service_queue = bfqq;
2728 }
2729
2730 /*
2731  * Get and set a new queue for service.
2732  */
2733 static struct bfq_queue *bfq_set_in_service_queue(struct bfq_data *bfqd)
2734 {
2735         struct bfq_queue *bfqq = bfq_get_next_queue(bfqd);
2736
2737         __bfq_set_in_service_queue(bfqd, bfqq);
2738         return bfqq;
2739 }
2740
2741 static void bfq_arm_slice_timer(struct bfq_data *bfqd)
2742 {
2743         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->in_service_queue;
2744         u32 sl;
2745
2746         bfq_mark_bfqq_wait_request(bfqq);
2747
2748         /*
2749          * We don't want to idle for seeks, but we do want to allow
2750          * fair distribution of slice time for a process doing back-to-back
2751          * seeks. So allow a little bit of time for him to submit a new rq.
2752          */
2753         sl = bfqd->bfq_slice_idle;
2754         /*
2755          * Unless the queue is being weight-raised or the scenario is
2756          * asymmetric, grant only minimum idle time if the queue
2757          * is seeky. A long idling is preserved for a weight-raised
2758          * queue, or, more in general, in an asymmetric scenario,
2759          * because a long idling is needed for guaranteeing to a queue
2760          * its reserved share of the throughput (in particular, it is
2761          * needed if the queue has a higher weight than some other
2762          * queue).
2763          */
2764         if (BFQQ_SEEKY(bfqq) && bfqq->wr_coeff == 1 &&
2765             !bfq_asymmetric_scenario(bfqd, bfqq))
2766                 sl = min_t(u64, sl, BFQ_MIN_TT);
2767         else if (bfqq->wr_coeff > 1)
2768                 sl = max_t(u32, sl, 20ULL * NSEC_PER_MSEC);
2769
2770         bfqd->last_idling_start = ktime_get();
2771         bfqd->last_idling_start_jiffies = jiffies;
2772
2773         hrtimer_start(&bfqd->idle_slice_timer, ns_to_ktime(sl),
2774                       HRTIMER_MODE_REL);
2775         bfqg_stats_set_start_idle_time(bfqq_group(bfqq));
2776 }
2777
2778 /*
2779  * In autotuning mode, max_budget is dynamically recomputed as the
2780  * amount of sectors transferred in timeout at the estimated peak
2781  * rate. This enables BFQ to utilize a full timeslice with a full
2782  * budget, even if the in-service queue is served at peak rate. And
2783  * this maximises throughput with sequential workloads.
2784  */
2785 static unsigned long bfq_calc_max_budget(struct bfq_data *bfqd)
2786 {
2787         return (u64)bfqd->peak_rate * USEC_PER_MSEC *
2788                 jiffies_to_msecs(bfqd->bfq_timeout)>>BFQ_RATE_SHIFT;
2789 }
2790
2791 /*
2792  * Update parameters related to throughput and responsiveness, as a
2793  * function of the estimated peak rate. See comments on
2794  * bfq_calc_max_budget(), and on the ref_wr_duration array.
2795  */
2796 static void update_thr_responsiveness_params(struct bfq_data *bfqd)
2797 {
2798         if (bfqd->bfq_user_max_budget == 0) {
2799                 bfqd->bfq_max_budget =
2800                         bfq_calc_max_budget(bfqd);
2801                 bfq_log(bfqd, "new max_budget = %d", bfqd->bfq_max_budget);
2802         }
2803 }
2804
2805 static void bfq_reset_rate_computation(struct bfq_data *bfqd,
2806                                        struct request *rq)
2807 {
2808         if (rq != NULL) { /* new rq dispatch now, reset accordingly */
2809                 bfqd->last_dispatch = bfqd->first_dispatch = ktime_get_ns();
2810                 bfqd->peak_rate_samples = 1;
2811                 bfqd->sequential_samples = 0;
2812                 bfqd->tot_sectors_dispatched = bfqd->last_rq_max_size =
2813                         blk_rq_sectors(rq);
2814         } else /* no new rq dispatched, just reset the number of samples */
2815                 bfqd->peak_rate_samples = 0; /* full re-init on next disp. */
2816
2817         bfq_log(bfqd,
2818                 "reset_rate_computation at end, sample %u/%u tot_sects %llu",
2819                 bfqd->peak_rate_samples, bfqd->sequential_samples,
2820                 bfqd->tot_sectors_dispatched);
2821 }
2822
2823 static void bfq_update_rate_reset(struct bfq_data *bfqd, struct request *rq)
2824 {
2825         u32 rate, weight, divisor;
2826
2827         /*
2828          * For the convergence property to hold (see comments on
2829          * bfq_update_peak_rate()) and for the assessment to be
2830          * reliable, a minimum number of samples must be present, and
2831          * a minimum amount of time must have elapsed. If not so, do
2832          * not compute new rate. Just reset parameters, to get ready
2833          * for a new evaluation attempt.
2834          */
2835         if (bfqd->peak_rate_samples < BFQ_RATE_MIN_SAMPLES ||
2836             bfqd->delta_from_first < BFQ_RATE_MIN_INTERVAL)
2837                 goto reset_computation;
2838
2839         /*
2840          * If a new request completion has occurred after last
2841          * dispatch, then, to approximate the rate at which requests
2842          * have been served by the device, it is more precise to
2843          * extend the observation interval to the last completion.
2844          */
2845         bfqd->delta_from_first =
2846                 max_t(u64, bfqd->delta_from_first,
2847                       bfqd->last_completion - bfqd->first_dispatch);
2848
2849         /*
2850          * Rate computed in sects/usec, and not sects/nsec, for
2851          * precision issues.
2852          */
2853         rate = div64_ul(bfqd->tot_sectors_dispatched<<BFQ_RATE_SHIFT,
2854                         div_u64(bfqd->delta_from_first, NSEC_PER_USEC));
2855
2856         /*
2857          * Peak rate not updated if:
2858          * - the percentage of sequential dispatches is below 3/4 of the
2859          *   total, and rate is below the current estimated peak rate
2860          * - rate is unreasonably high (> 20M sectors/sec)
2861          */
2862         if ((bfqd->sequential_samples < (3 * bfqd->peak_rate_samples)>>2 &&
2863              rate <= bfqd->peak_rate) ||
2864                 rate > 20<<BFQ_RATE_SHIFT)
2865                 goto reset_computation;
2866
2867         /*
2868          * We have to update the peak rate, at last! To this purpose,
2869          * we use a low-pass filter. We compute the smoothing constant
2870          * of the filter as a function of the 'weight' of the new
2871          * measured rate.
2872          *
2873          * As can be seen in next formulas, we define this weight as a
2874          * quantity proportional to how sequential the workload is,
2875          * and to how long the observation time interval is.
2876          *
2877          * The weight runs from 0 to 8. The maximum value of the
2878          * weight, 8, yields the minimum value for the smoothing
2879          * constant. At this minimum value for the smoothing constant,
2880          * the measured rate contributes for half of the next value of
2881          * the estimated peak rate.
2882          *
2883          * So, the first step is to compute the weight as a function
2884          * of how sequential the workload is. Note that the weight
2885          * cannot reach 9, because bfqd->sequential_samples cannot
2886          * become equal to bfqd->peak_rate_samples, which, in its
2887          * turn, holds true because bfqd->sequential_samples is not
2888          * incremented for the first sample.
2889          */
2890         weight = (9 * bfqd->sequential_samples) / bfqd->peak_rate_samples;
2891
2892         /*
2893          * Second step: further refine the weight as a function of the
2894          * duration of the observation interval.
2895          */
2896         weight = min_t(u32, 8,
2897                        div_u64(weight * bfqd->delta_from_first,
2898                                BFQ_RATE_REF_INTERVAL));
2899
2900         /*
2901          * Divisor ranging from 10, for minimum weight, to 2, for
2902          * maximum weight.
2903          */
2904         divisor = 10 - weight;
2905
2906         /*
2907          * Finally, update peak rate:
2908          *
2909          * peak_rate = peak_rate * (divisor-1) / divisor  +  rate / divisor
2910          */
2911         bfqd->peak_rate *= divisor-1;
2912         bfqd->peak_rate /= divisor;
2913         rate /= divisor; /* smoothing constant alpha = 1/divisor */
2914
2915         bfqd->peak_rate += rate;
2916
2917         /*
2918          * For a very slow device, bfqd->peak_rate can reach 0 (see
2919          * the minimum representable values reported in the comments
2920          * on BFQ_RATE_SHIFT). Push to 1 if this happens, to avoid
2921          * divisions by zero where bfqd->peak_rate is used as a
2922          * divisor.
2923          */
2924         bfqd->peak_rate = max_t(u32, 1, bfqd->peak_rate);
2925
2926         update_thr_responsiveness_params(bfqd);
2927
2928 reset_computation:
2929         bfq_reset_rate_computation(bfqd, rq);
2930 }
2931
2932 /*
2933  * Update the read/write peak rate (the main quantity used for
2934  * auto-tuning, see update_thr_responsiveness_params()).
2935  *
2936  * It is not trivial to estimate the peak rate (correctly): because of
2937  * the presence of sw and hw queues between the scheduler and the
2938  * device components that finally serve I/O requests, it is hard to
2939  * say exactly when a given dispatched request is served inside the
2940  * device, and for how long. As a consequence, it is hard to know
2941  * precisely at what rate a given set of requests is actually served
2942  * by the device.
2943  *
2944  * On the opposite end, the dispatch time of any request is trivially
2945  * available, and, from this piece of information, the "dispatch rate"
2946  * of requests can be immediately computed. So, the idea in the next
2947  * function is to use what is known, namely request dispatch times
2948  * (plus, when useful, request completion times), to estimate what is
2949  * unknown, namely in-device request service rate.
2950  *
2951  * The main issue is that, because of the above facts, the rate at
2952  * which a certain set of requests is dispatched over a certain time
2953  * interval can vary greatly with respect to the rate at which the
2954  * same requests are then served. But, since the size of any
2955  * intermediate queue is limited, and the service scheme is lossless
2956  * (no request is silently dropped), the following obvious convergence
2957  * property holds: the number of requests dispatched MUST become
2958  * closer and closer to the number of requests completed as the
2959  * observation interval grows. This is the key property used in
2960  * the next function to estimate the peak service rate as a function
2961  * of the observed dispatch rate. The function assumes to be invoked
2962  * on every request dispatch.
2963  */
2964 static void bfq_update_peak_rate(struct bfq_data *bfqd, struct request *rq)
2965 {
2966         u64 now_ns = ktime_get_ns();
2967
2968         if (bfqd->peak_rate_samples == 0) { /* first dispatch */
2969                 bfq_log(bfqd, "update_peak_rate: goto reset, samples %d",
2970                         bfqd->peak_rate_samples);
2971                 bfq_reset_rate_computation(bfqd, rq);
2972                 goto update_last_values; /* will add one sample */
2973         }
2974
2975         /*
2976          * Device idle for very long: the observation interval lasting
2977          * up to this dispatch cannot be a valid observation interval
2978          * for computing a new peak rate (similarly to the late-
2979          * completion event in bfq_completed_request()). Go to
2980          * update_rate_and_reset to have the following three steps
2981          * taken:
2982          * - close the observation interval at the last (previous)
2983          *   request dispatch or completion
2984          * - compute rate, if possible, for that observation interval
2985          * - start a new observation interval with this dispatch
2986          */
2987         if (now_ns - bfqd->last_dispatch > 100*NSEC_PER_MSEC &&
2988             bfqd->rq_in_driver == 0)
2989                 goto update_rate_and_reset;
2990
2991         /* Update sampling information */
2992         bfqd->peak_rate_samples++;
2993
2994         if ((bfqd->rq_in_driver > 0 ||
2995                 now_ns - bfqd->last_completion < BFQ_MIN_TT)
2996             && !BFQ_RQ_SEEKY(bfqd, bfqd->last_position, rq))
2997                 bfqd->sequential_samples++;
2998
2999         bfqd->tot_sectors_dispatched += blk_rq_sectors(rq);
3000
3001         /* Reset max observed rq size every 32 dispatches */
3002         if (likely(bfqd->peak_rate_samples % 32))
3003                 bfqd->last_rq_max_size =
3004                         max_t(u32, blk_rq_sectors(rq), bfqd->last_rq_max_size);
3005         else
3006                 bfqd->last_rq_max_size = blk_rq_sectors(rq);
3007
3008         bfqd->delta_from_first = now_ns - bfqd->first_dispatch;
3009
3010         /* Target observation interval not yet reached, go on sampling */
3011         if (bfqd->delta_from_first < BFQ_RATE_REF_INTERVAL)
3012                 goto update_last_values;
3013
3014 update_rate_and_reset:
3015         bfq_update_rate_reset(bfqd, rq);
3016 update_last_values:
3017         bfqd->last_position = blk_rq_pos(rq) + blk_rq_sectors(rq);
3018         if (RQ_BFQQ(rq) == bfqd->in_service_queue)
3019                 bfqd->in_serv_last_pos = bfqd->last_position;
3020         bfqd->last_dispatch = now_ns;
3021 }
3022
3023 /*
3024  * Remove request from internal lists.
3025  */
3026 static void bfq_dispatch_remove(struct request_queue *q, struct request *rq)
3027 {
3028         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
3029
3030         /*
3031          * For consistency, the next instruction should have been
3032          * executed after removing the request from the queue and
3033          * dispatching it.  We execute instead this instruction before
3034          * bfq_remove_request() (and hence introduce a temporary
3035          * inconsistency), for efficiency.  In fact, should this
3036          * dispatch occur for a non in-service bfqq, this anticipated
3037          * increment prevents two counters related to bfqq->dispatched
3038          * from risking to be, first, uselessly decremented, and then
3039          * incremented again when the (new) value of bfqq->dispatched
3040          * happens to be taken into account.
3041          */
3042         bfqq->dispatched++;
3043         bfq_update_peak_rate(q->elevator->elevator_data, rq);
3044
3045         bfq_remove_request(q, rq);
3046 }
3047
3048 static bool __bfq_bfqq_expire(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
3049 {
3050         /*
3051          * If this bfqq is shared between multiple processes, check
3052          * to make sure that those processes are still issuing I/Os
3053          * within the mean seek distance. If not, it may be time to
3054          * break the queues apart again.
3055          */
3056         if (bfq_bfqq_coop(bfqq) && BFQQ_SEEKY(bfqq))
3057                 bfq_mark_bfqq_split_coop(bfqq);
3058
3059         if (RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list)) {
3060                 if (bfqq->dispatched == 0)
3061                         /*
3062                          * Overloading budget_timeout field to store
3063                          * the time at which the queue remains with no
3064                          * backlog and no outstanding request; used by
3065                          * the weight-raising mechanism.
3066                          */
3067                         bfqq->budget_timeout = jiffies;
3068
3069                 bfq_del_bfqq_busy(bfqd, bfqq, true);
3070         } else {
3071                 bfq_requeue_bfqq(bfqd, bfqq, true);
3072                 /*
3073                  * Resort priority tree of potential close cooperators.
3074                  * See comments on bfq_pos_tree_add_move() for the unlikely().
3075                  */
3076                 if (unlikely(!bfqd->nonrot_with_queueing))
3077                         bfq_pos_tree_add_move(bfqd, bfqq);
3078         }
3079
3080         /*
3081          * All in-service entities must have been properly deactivated
3082          * or requeued before executing the next function, which
3083          * resets all in-service entities as no more in service. This
3084          * may cause bfqq to be freed. If this happens, the next
3085          * function returns true.
3086          */
3087         return __bfq_bfqd_reset_in_service(bfqd);
3088 }
3089
3090 /**
3091  * __bfq_bfqq_recalc_budget - try to adapt the budget to the @bfqq behavior.
3092  * @bfqd: device data.
3093  * @bfqq: queue to update.
3094  * @reason: reason for expiration.
3095  *
3096  * Handle the feedback on @bfqq budget at queue expiration.
3097  * See the body for detailed comments.
3098  */
3099 static void __bfq_bfqq_recalc_budget(struct bfq_data *bfqd,
3100                                      struct bfq_queue *bfqq,
3101                                      enum bfqq_expiration reason)
3102 {
3103         struct request *next_rq;
3104         int budget, min_budget;
3105
3106         min_budget = bfq_min_budget(bfqd);
3107
3108         if (bfqq->wr_coeff == 1)
3109                 budget = bfqq->max_budget;
3110         else /*
3111               * Use a constant, low budget for weight-raised queues,
3112               * to help achieve a low latency. Keep it slightly higher
3113               * than the minimum possible budget, to cause a little
3114               * bit fewer expirations.
3115               */
3116                 budget = 2 * min_budget;
3117
3118         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "recalc_budg: last budg %d, budg left %d",
3119                 bfqq->entity.budget, bfq_bfqq_budget_left(bfqq));
3120         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "recalc_budg: last max_budg %d, min budg %d",
3121                 budget, bfq_min_budget(bfqd));
3122         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "recalc_budg: sync %d, seeky %d",
3123                 bfq_bfqq_sync(bfqq), BFQQ_SEEKY(bfqd->in_service_queue));
3124
3125         if (bfq_bfqq_sync(bfqq) && bfqq->wr_coeff == 1) {
3126                 switch (reason) {
3127                 /*
3128                  * Caveat: in all the following cases we trade latency
3129                  * for throughput.
3130                  */
3131                 case BFQQE_TOO_IDLE:
3132                         /*
3133                          * This is the only case where we may reduce
3134                          * the budget: if there is no request of the
3135                          * process still waiting for completion, then
3136                          * we assume (tentatively) that the timer has
3137                          * expired because the batch of requests of
3138                          * the process could have been served with a
3139                          * smaller budget.  Hence, betting that
3140                          * process will behave in the same way when it
3141                          * becomes backlogged again, we reduce its
3142                          * next budget.  As long as we guess right,
3143                          * this budget cut reduces the latency
3144                          * experienced by the process.
3145                          *
3146                          * However, if there are still outstanding
3147                          * requests, then the process may have not yet
3148                          * issued its next request just because it is
3149                          * still waiting for the completion of some of
3150                          * the still outstanding ones.  So in this
3151                          * subcase we do not reduce its budget, on the
3152                          * contrary we increase it to possibly boost
3153                          * the throughput, as discussed in the
3154                          * comments to the BUDGET_TIMEOUT case.
3155                          */
3156                         if (bfqq->dispatched > 0) /* still outstanding reqs */
3157                                 budget = min(budget * 2, bfqd->bfq_max_budget);
3158                         else {
3159                                 if (budget > 5 * min_budget)
3160                                         budget -= 4 * min_budget;
3161                                 else
3162                                         budget = min_budget;
3163                         }
3164                         break;
3165                 case BFQQE_BUDGET_TIMEOUT:
3166                         /*
3167                          * We double the budget here because it gives
3168                          * the chance to boost the throughput if this
3169                          * is not a seeky process (and has bumped into
3170                          * this timeout because of, e.g., ZBR).
3171                          */
3172                         budget = min(budget * 2, bfqd->bfq_max_budget);
3173                         break;
3174                 case BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED:
3175                         /*
3176                          * The process still has backlog, and did not
3177                          * let either the budget timeout or the disk
3178                          * idling timeout expire. Hence it is not
3179                          * seeky, has a short thinktime and may be
3180                          * happy with a higher budget too. So
3181                          * definitely increase the budget of this good
3182                          * candidate to boost the disk throughput.
3183                          */
3184                         budget = min(budget * 4, bfqd->bfq_max_budget);
3185                         break;
3186                 case BFQQE_NO_MORE_REQUESTS:
3187                         /*
3188                          * For queues that expire for this reason, it
3189                          * is particularly important to keep the
3190                          * budget close to the actual service they
3191                          * need. Doing so reduces the timestamp
3192                          * misalignment problem described in the
3193                          * comments in the body of
3194                          * __bfq_activate_entity. In fact, suppose
3195                          * that a queue systematically expires for
3196                          * BFQQE_NO_MORE_REQUESTS and presents a
3197                          * new request in time to enjoy timestamp
3198                          * back-shifting. The larger the budget of the
3199                          * queue is with respect to the service the
3200                          * queue actually requests in each service
3201                          * slot, the more times the queue can be
3202                          * reactivated with the same virtual finish
3203                          * time. It follows that, even if this finish
3204                          * time is pushed to the system virtual time
3205                          * to reduce the consequent timestamp
3206                          * misalignment, the queue unjustly enjoys for
3207                          * many re-activations a lower finish time
3208                          * than all newly activated queues.
3209                          *
3210                          * The service needed by bfqq is measured
3211                          * quite precisely by bfqq->entity.service.
3212                          * Since bfqq does not enjoy device idling,
3213                          * bfqq->entity.service is equal to the number
3214                          * of sectors that the process associated with
3215                          * bfqq requested to read/write before waiting
3216                          * for request completions, or blocking for
3217                          * other reasons.
3218                          */
3219                         budget = max_t(int, bfqq->entity.service, min_budget);
3220                         break;
3221                 default:
3222                         return;
3223                 }
3224         } else if (!bfq_bfqq_sync(bfqq)) {
3225                 /*
3226                  * Async queues get always the maximum possible
3227                  * budget, as for them we do not care about latency
3228                  * (in addition, their ability to dispatch is limited
3229                  * by the charging factor).
3230                  */
3231                 budget = bfqd->bfq_max_budget;
3232         }
3233
3234         bfqq->max_budget = budget;
3235
3236         if (bfqd->budgets_assigned >= bfq_stats_min_budgets &&
3237             !bfqd->bfq_user_max_budget)
3238                 bfqq->max_budget = min(bfqq->max_budget, bfqd->bfq_max_budget);
3239
3240         /*
3241          * If there is still backlog, then assign a new budget, making
3242          * sure that it is large enough for the next request.  Since
3243          * the finish time of bfqq must be kept in sync with the
3244          * budget, be sure to call __bfq_bfqq_expire() *after* this
3245          * update.
3246          *
3247          * If there is no backlog, then no need to update the budget;
3248          * it will be updated on the arrival of a new request.
3249          */
3250         next_rq = bfqq->next_rq;
3251         if (next_rq)
3252                 bfqq->entity.budget = max_t(unsigned long, bfqq->max_budget,
3253                                             bfq_serv_to_charge(next_rq, bfqq));
3254
3255         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "head sect: %u, new budget %d",
3256                         next_rq ? blk_rq_sectors(next_rq) : 0,
3257                         bfqq->entity.budget);
3258 }
3259
3260 /*
3261  * Return true if the process associated with bfqq is "slow". The slow
3262  * flag is used, in addition to the budget timeout, to reduce the
3263  * amount of service provided to seeky processes, and thus reduce
3264  * their chances to lower the throughput. More details in the comments
3265  * on the function bfq_bfqq_expire().
3266  *
3267  * An important observation is in order: as discussed in the comments
3268  * on the function bfq_update_peak_rate(), with devices with internal
3269  * queues, it is hard if ever possible to know when and for how long
3270  * an I/O request is processed by the device (apart from the trivial
3271  * I/O pattern where a new request is dispatched only after the
3272  * previous one has been completed). This makes it hard to evaluate
3273  * the real rate at which the I/O requests of each bfq_queue are
3274  * served.  In fact, for an I/O scheduler like BFQ, serving a
3275  * bfq_queue means just dispatching its requests during its service
3276  * slot (i.e., until the budget of the queue is exhausted, or the
3277  * queue remains idle, or, finally, a timeout fires). But, during the
3278  * service slot of a bfq_queue, around 100 ms at most, the device may
3279  * be even still processing requests of bfq_queues served in previous
3280  * service slots. On the opposite end, the requests of the in-service
3281  * bfq_queue may be completed after the service slot of the queue
3282  * finishes.
3283  *
3284  * Anyway, unless more sophisticated solutions are used
3285  * (where possible), the sum of the sizes of the requests dispatched
3286  * during the service slot of a bfq_queue is probably the only
3287  * approximation available for the service received by the bfq_queue
3288  * during its service slot. And this sum is the quantity used in this
3289  * function to evaluate the I/O speed of a process.
3290  */
3291 static bool bfq_bfqq_is_slow(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
3292                                  bool compensate, enum bfqq_expiration reason,
3293                                  unsigned long *delta_ms)
3294 {
3295         ktime_t delta_ktime;
3296         u32 delta_usecs;
3297         bool slow = BFQQ_SEEKY(bfqq); /* if delta too short, use seekyness */
3298
3299         if (!bfq_bfqq_sync(bfqq))
3300                 return false;
3301
3302         if (compensate)
3303                 delta_ktime = bfqd->last_idling_start;
3304         else
3305                 delta_ktime = ktime_get();
3306         delta_ktime = ktime_sub(delta_ktime, bfqd->last_budget_start);
3307         delta_usecs = ktime_to_us(delta_ktime);
3308
3309         /* don't use too short time intervals */
3310         if (delta_usecs < 1000) {
3311                 if (blk_queue_nonrot(bfqd->queue))
3312                          /*
3313                           * give same worst-case guarantees as idling
3314                           * for seeky
3315                           */
3316                         *delta_ms = BFQ_MIN_TT / NSEC_PER_MSEC;
3317                 else /* charge at least one seek */
3318                         *delta_ms = bfq_slice_idle / NSEC_PER_MSEC;
3319
3320                 return slow;
3321         }
3322
3323         *delta_ms = delta_usecs / USEC_PER_MSEC;
3324
3325         /*
3326          * Use only long (> 20ms) intervals to filter out excessive
3327          * spikes in service rate estimation.
3328          */
3329         if (delta_usecs > 20000) {
3330                 /*
3331                  * Caveat for rotational devices: processes doing I/O
3332                  * in the slower disk zones tend to be slow(er) even
3333                  * if not seeky. In this respect, the estimated peak
3334                  * rate is likely to be an average over the disk
3335                  * surface. Accordingly, to not be too harsh with
3336                  * unlucky processes, a process is deemed slow only if
3337                  * its rate has been lower than half of the estimated
3338                  * peak rate.
3339                  */
3340                 slow = bfqq->entity.service < bfqd->bfq_max_budget / 2;
3341         }
3342
3343         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "bfq_bfqq_is_slow: slow %d", slow);
3344
3345         return slow;
3346 }
3347
3348 /*
3349  * To be deemed as soft real-time, an application must meet two
3350  * requirements. First, the application must not require an average
3351  * bandwidth higher than the approximate bandwidth required to playback or
3352  * record a compressed high-definition video.
3353  * The next function is invoked on the completion of the last request of a
3354  * batch, to compute the next-start time instant, soft_rt_next_start, such
3355  * that, if the next request of the application does not arrive before
3356  * soft_rt_next_start, then the above requirement on the bandwidth is met.
3357  *
3358  * The second requirement is that the request pattern of the application is
3359  * isochronous, i.e., that, after issuing a request or a batch of requests,
3360  * the application stops issuing new requests until all its pending requests
3361  * have been completed. After that, the application may issue a new batch,
3362  * and so on.
3363  * For this reason the next function is invoked to compute
3364  * soft_rt_next_start only for applications that meet this requirement,
3365  * whereas soft_rt_next_start is set to infinity for applications that do
3366  * not.
3367  *
3368  * Unfortunately, even a greedy (i.e., I/O-bound) application may
3369  * happen to meet, occasionally or systematically, both the above
3370  * bandwidth and isochrony requirements. This may happen at least in
3371  * the following circumstances. First, if the CPU load is high. The
3372  * application may stop issuing requests while the CPUs are busy
3373  * serving other processes, then restart, then stop again for a while,
3374  * and so on. The other circumstances are related to the storage
3375  * device: the storage device is highly loaded or reaches a low-enough
3376  * throughput with the I/O of the application (e.g., because the I/O
3377  * is random and/or the device is slow). In all these cases, the
3378  * I/O of the application may be simply slowed down enough to meet
3379  * the bandwidth and isochrony requirements. To reduce the probability
3380  * that greedy applications are deemed as soft real-time in these
3381  * corner cases, a further rule is used in the computation of
3382  * soft_rt_next_start: the return value of this function is forced to
3383  * be higher than the maximum between the following two quantities.
3384  *
3385  * (a) Current time plus: (1) the maximum time for which the arrival
3386  *     of a request is waited for when a sync queue becomes idle,
3387  *     namely bfqd->bfq_slice_idle, and (2) a few extra jiffies. We
3388  *     postpone for a moment the reason for adding a few extra
3389  *     jiffies; we get back to it after next item (b).  Lower-bounding
3390  *     the return value of this function with the current time plus
3391  *     bfqd->bfq_slice_idle tends to filter out greedy applications,
3392  *     because the latter issue their next request as soon as possible
3393  *     after the last one has been completed. In contrast, a soft
3394  *     real-time application spends some time processing data, after a
3395  *     batch of its requests has been completed.
3396  *
3397  * (b) Current value of bfqq->soft_rt_next_start. As pointed out
3398  *     above, greedy applications may happen to meet both the
3399  *     bandwidth and isochrony requirements under heavy CPU or
3400  *     storage-device load. In more detail, in these scenarios, these
3401  *     applications happen, only for limited time periods, to do I/O
3402  *     slowly enough to meet all the requirements described so far,
3403  *     including the filtering in above item (a). These slow-speed
3404  *     time intervals are usually interspersed between other time
3405  *     intervals during which these applications do I/O at a very high
3406  *     speed. Fortunately, exactly because of the high speed of the
3407  *     I/O in the high-speed intervals, the values returned by this
3408  *     function happen to be so high, near the end of any such
3409  *     high-speed interval, to be likely to fall *after* the end of
3410  *     the low-speed time interval that follows. These high values are
3411  *     stored in bfqq->soft_rt_next_start after each invocation of
3412  *     this function. As a consequence, if the last value of
3413  *     bfqq->soft_rt_next_start is constantly used to lower-bound the
3414  *     next value that this function may return, then, from the very
3415  *     beginning of a low-speed interval, bfqq->soft_rt_next_start is
3416  *     likely to be constantly kept so high that any I/O request
3417  *     issued during the low-speed interval is considered as arriving
3418  *     to soon for the application to be deemed as soft
3419  *     real-time. Then, in the high-speed interval that follows, the
3420  *     application will not be deemed as soft real-time, just because
3421  *     it will do I/O at a high speed. And so on.
3422  *
3423  * Getting back to the filtering in item (a), in the following two
3424  * cases this filtering might be easily passed by a greedy
3425  * application, if the reference quantity was just
3426  * bfqd->bfq_slice_idle:
3427  * 1) HZ is so low that the duration of a jiffy is comparable to or
3428  *    higher than bfqd->bfq_slice_idle. This happens, e.g., on slow
3429  *    devices with HZ=100. The time granularity may be so coarse
3430  *    that the approximation, in jiffies, of bfqd->bfq_slice_idle
3431  *    is rather lower than the exact value.
3432  * 2) jiffies, instead of increasing at a constant rate, may stop increasing
3433  *    for a while, then suddenly 'jump' by several units to recover the lost
3434  *    increments. This seems to happen, e.g., inside virtual machines.
3435  * To address this issue, in the filtering in (a) we do not use as a
3436  * reference time interval just bfqd->bfq_slice_idle, but
3437  * bfqd->bfq_slice_idle plus a few jiffies. In particular, we add the
3438  * minimum number of jiffies for which the filter seems to be quite
3439  * precise also in embedded systems and KVM/QEMU virtual machines.
3440  */
3441 static unsigned long bfq_bfqq_softrt_next_start(struct bfq_data *bfqd,
3442                                                 struct bfq_queue *bfqq)
3443 {
3444         return max3(bfqq->soft_rt_next_start,
3445                     bfqq->last_idle_bklogged +
3446                     HZ * bfqq->service_from_backlogged /
3447                     bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate,
3448                     jiffies + nsecs_to_jiffies(bfqq->bfqd->bfq_slice_idle) + 4);
3449 }
3450
3451 /**
3452  * bfq_bfqq_expire - expire a queue.
3453  * @bfqd: device owning the queue.
3454  * @bfqq: the queue to expire.
3455  * @compensate: if true, compensate for the time spent idling.
3456  * @reason: the reason causing the expiration.
3457  *
3458  * If the process associated with bfqq does slow I/O (e.g., because it
3459  * issues random requests), we charge bfqq with the time it has been
3460  * in service instead of the service it has received (see
3461  * bfq_bfqq_charge_time for details on how this goal is achieved). As
3462  * a consequence, bfqq will typically get higher timestamps upon
3463  * reactivation, and hence it will be rescheduled as if it had
3464  * received more service than what it has actually received. In the
3465  * end, bfqq receives less service in proportion to how slowly its
3466  * associated process consumes its budgets (and hence how seriously it
3467  * tends to lower the throughput). In addition, this time-charging
3468  * strategy guarantees time fairness among slow processes. In
3469  * contrast, if the process associated with bfqq is not slow, we
3470  * charge bfqq exactly with the service it has received.
3471  *
3472  * Charging time to the first type of queues and the exact service to
3473  * the other has the effect of using the WF2Q+ policy to schedule the
3474  * former on a timeslice basis, without violating service domain
3475  * guarantees among the latter.
3476  */
3477 void bfq_bfqq_expire(struct bfq_data *bfqd,
3478                      struct bfq_queue *bfqq,
3479                      bool compensate,
3480                      enum bfqq_expiration reason)
3481 {
3482         bool slow;
3483         unsigned long delta = 0;
3484         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
3485
3486         /*
3487          * Check whether the process is slow (see bfq_bfqq_is_slow).
3488          */
3489         slow = bfq_bfqq_is_slow(bfqd, bfqq, compensate, reason, &delta);
3490
3491         /*
3492          * As above explained, charge slow (typically seeky) and
3493          * timed-out queues with the time and not the service
3494          * received, to favor sequential workloads.
3495          *
3496          * Processes doing I/O in the slower disk zones will tend to
3497          * be slow(er) even if not seeky. Therefore, since the
3498          * estimated peak rate is actually an average over the disk
3499          * surface, these processes may timeout just for bad luck. To
3500          * avoid punishing them, do not charge time to processes that
3501          * succeeded in consuming at least 2/3 of their budget. This
3502          * allows BFQ to preserve enough elasticity to still perform
3503          * bandwidth, and not time, distribution with little unlucky
3504          * or quasi-sequential processes.
3505          */
3506         if (bfqq->wr_coeff == 1 &&
3507             (slow ||
3508              (reason == BFQQE_BUDGET_TIMEOUT &&
3509               bfq_bfqq_budget_left(bfqq) >=  entity->budget / 3)))
3510                 bfq_bfqq_charge_time(bfqd, bfqq, delta);
3511
3512         if (reason == BFQQE_TOO_IDLE &&
3513             entity->service <= 2 * entity->budget / 10)
3514                 bfq_clear_bfqq_IO_bound(bfqq);
3515
3516         if (bfqd->low_latency && bfqq->wr_coeff == 1)
3517                 bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
3518
3519         if (bfqd->low_latency && bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate > 0 &&
3520             RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list)) {
3521                 /*
3522                  * If we get here, and there are no outstanding
3523                  * requests, then the request pattern is isochronous
3524                  * (see the comments on the function
3525                  * bfq_bfqq_softrt_next_start()). Thus we can compute
3526                  * soft_rt_next_start. And we do it, unless bfqq is in
3527                  * interactive weight raising. We do not do it in the
3528                  * latter subcase, for the following reason. bfqq may
3529                  * be conveying the I/O needed to load a soft
3530                  * real-time application. Such an application will
3531                  * actually exhibit a soft real-time I/O pattern after
3532                  * it finally starts doing its job. But, if
3533                  * soft_rt_next_start is computed here for an
3534                  * interactive bfqq, and bfqq had received a lot of
3535                  * service before remaining with no outstanding
3536                  * request (likely to happen on a fast device), then
3537                  * soft_rt_next_start would be assigned such a high
3538                  * value that, for a very long time, bfqq would be
3539                  * prevented from being possibly considered as soft
3540                  * real time.
3541                  *
3542                  * If, instead, the queue still has outstanding
3543                  * requests, then we have to wait for the completion
3544                  * of all the outstanding requests to discover whether
3545                  * the request pattern is actually isochronous.
3546                  */
3547                 if (bfqq->dispatched == 0 &&
3548                     bfqq->wr_coeff != bfqd->bfq_wr_coeff)
3549                         bfqq->soft_rt_next_start =
3550                                 bfq_bfqq_softrt_next_start(bfqd, bfqq);
3551                 else if (bfqq->dispatched > 0) {
3552                         /*
3553                          * Schedule an update of soft_rt_next_start to when
3554                          * the task may be discovered to be isochronous.
3555                          */
3556                         bfq_mark_bfqq_softrt_update(bfqq);
3557                 }
3558         }
3559
3560         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq,
3561                 "expire (%d, slow %d, num_disp %d, short_ttime %d)", reason,
3562                 slow, bfqq->dispatched, bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq));
3563
3564         /*
3565          * bfqq expired, so no total service time needs to be computed
3566          * any longer: reset state machine for measuring total service
3567          * times.
3568          */
3569         bfqd->rqs_injected = bfqd->wait_dispatch = false;
3570         bfqd->waited_rq = NULL;
3571
3572         /*
3573          * Increase, decrease or leave budget unchanged according to
3574          * reason.
3575          */
3576         __bfq_bfqq_recalc_budget(bfqd, bfqq, reason);
3577         if (__bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq))
3578                 /* bfqq is gone, no more actions on it */
3579                 return;
3580
3581         /* mark bfqq as waiting a request only if a bic still points to it */
3582         if (!bfq_bfqq_busy(bfqq) &&
3583             reason != BFQQE_BUDGET_TIMEOUT &&
3584             reason != BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED) {
3585                 bfq_mark_bfqq_non_blocking_wait_rq(bfqq);
3586                 /*
3587                  * Not setting service to 0, because, if the next rq
3588                  * arrives in time, the queue will go on receiving
3589                  * service with this same budget (as if it never expired)
3590                  */
3591         } else
3592                 entity->service = 0;
3593
3594         /*
3595          * Reset the received-service counter for every parent entity.
3596          * Differently from what happens with bfqq->entity.service,
3597          * the resetting of this counter never needs to be postponed
3598          * for parent entities. In fact, in case bfqq may have a
3599          * chance to go on being served using the last, partially
3600          * consumed budget, bfqq->entity.service needs to be kept,
3601          * because if bfqq then actually goes on being served using
3602          * the same budget, the last value of bfqq->entity.service is
3603          * needed to properly decrement bfqq->entity.budget by the
3604          * portion already consumed. In contrast, it is not necessary
3605          * to keep entity->service for parent entities too, because
3606          * the bubble up of the new value of bfqq->entity.budget will
3607          * make sure that the budgets of parent entities are correct,
3608          * even in case bfqq and thus parent entities go on receiving
3609          * service with the same budget.
3610          */
3611         entity = entity->parent;
3612         for_each_entity(entity)
3613                 entity->service = 0;
3614 }
3615
3616 /*
3617  * Budget timeout is not implemented through a dedicated timer, but
3618  * just checked on request arrivals and completions, as well as on
3619  * idle timer expirations.
3620  */
3621 static bool bfq_bfqq_budget_timeout(struct bfq_queue *bfqq)
3622 {
3623         return time_is_before_eq_jiffies(bfqq->budget_timeout);
3624 }
3625
3626 /*
3627  * If we expire a queue that is actively waiting (i.e., with the
3628  * device idled) for the arrival of a new request, then we may incur
3629  * the timestamp misalignment problem described in the body of the
3630  * function __bfq_activate_entity. Hence we return true only if this
3631  * condition does not hold, or if the queue is slow enough to deserve
3632  * only to be kicked off for preserving a high throughput.
3633  */
3634 static bool bfq_may_expire_for_budg_timeout(struct bfq_queue *bfqq)
3635 {
3636         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq,
3637                 "may_budget_timeout: wait_request %d left %d timeout %d",
3638                 bfq_bfqq_wait_request(bfqq),
3639                         bfq_bfqq_budget_left(bfqq) >=  bfqq->entity.budget / 3,
3640                 bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq));
3641
3642         return (!bfq_bfqq_wait_request(bfqq) ||
3643                 bfq_bfqq_budget_left(bfqq) >=  bfqq->entity.budget / 3)
3644                 &&
3645                 bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq);
3646 }
3647
3648 static bool idling_boosts_thr_without_issues(struct bfq_data *bfqd,
3649                                              struct bfq_queue *bfqq)
3650 {
3651         bool rot_without_queueing =
3652                 !blk_queue_nonrot(bfqd->queue) && !bfqd->hw_tag,
3653                 bfqq_sequential_and_IO_bound,
3654                 idling_boosts_thr;
3655
3656         bfqq_sequential_and_IO_bound = !BFQQ_SEEKY(bfqq) &&
3657                 bfq_bfqq_IO_bound(bfqq) && bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
3658
3659         /*
3660          * The next variable takes into account the cases where idling
3661          * boosts the throughput.
3662          *
3663          * The value of the variable is computed considering, first, that
3664          * idling is virtually always beneficial for the throughput if:
3665          * (a) the device is not NCQ-capable and rotational, or
3666          * (b) regardless of the presence of NCQ, the device is rotational and
3667          *     the request pattern for bfqq is I/O-bound and sequential, or
3668          * (c) regardless of whether it is rotational, the device is
3669          *     not NCQ-capable and the request pattern for bfqq is
3670          *     I/O-bound and sequential.
3671          *
3672          * Secondly, and in contrast to the above item (b), idling an
3673          * NCQ-capable flash-based device would not boost the
3674          * throughput even with sequential I/O; rather it would lower
3675          * the throughput in proportion to how fast the device
3676          * is. Accordingly, the next variable is true if any of the
3677          * above conditions (a), (b) or (c) is true, and, in
3678          * particular, happens to be false if bfqd is an NCQ-capable
3679          * flash-based device.
3680          */
3681         idling_boosts_thr = rot_without_queueing ||
3682                 ((!blk_queue_nonrot(bfqd->queue) || !bfqd->hw_tag) &&
3683                  bfqq_sequential_and_IO_bound);
3684
3685         /*
3686          * The return value of this function is equal to that of
3687          * idling_boosts_thr, unless a special case holds. In this
3688          * special case, described below, idling may cause problems to
3689          * weight-raised queues.
3690          *
3691          * When the request pool is saturated (e.g., in the presence
3692          * of write hogs), if the processes associated with
3693          * non-weight-raised queues ask for requests at a lower rate,
3694          * then processes associated with weight-raised queues have a
3695          * higher probability to get a request from the pool
3696          * immediately (or at least soon) when they need one. Thus
3697          * they have a higher probability to actually get a fraction
3698          * of the device throughput proportional to their high
3699          * weight. This is especially true with NCQ-capable drives,
3700          * which enqueue several requests in advance, and further
3701          * reorder internally-queued requests.
3702          *
3703          * For this reason, we force to false the return value if
3704          * there are weight-raised busy queues. In this case, and if
3705          * bfqq is not weight-raised, this guarantees that the device
3706          * is not idled for bfqq (if, instead, bfqq is weight-raised,
3707          * then idling will be guaranteed by another variable, see
3708          * below). Combined with the timestamping rules of BFQ (see
3709          * [1] for details), this behavior causes bfqq, and hence any
3710          * sync non-weight-raised queue, to get a lower number of
3711          * requests served, and thus to ask for a lower number of
3712          * requests from the request pool, before the busy
3713          * weight-raised queues get served again. This often mitigates
3714          * starvation problems in the presence of heavy write
3715          * workloads and NCQ, thereby guaranteeing a higher
3716          * application and system responsiveness in these hostile
3717          * scenarios.
3718          */
3719         return idling_boosts_thr &&
3720                 bfqd->wr_busy_queues == 0;
3721 }
3722
3723 /*
3724  * There is a case where idling does not have to be performed for
3725  * throughput concerns, but to preserve the throughput share of
3726  * the process associated with bfqq.
3727  *
3728  * To introduce this case, we can note that allowing the drive
3729  * to enqueue more than one request at a time, and hence
3730  * delegating de facto final scheduling decisions to the
3731  * drive's internal scheduler, entails loss of control on the
3732  * actual request service order. In particular, the critical
3733  * situation is when requests from different processes happen
3734  * to be present, at the same time, in the internal queue(s)
3735  * of the drive. In such a situation, the drive, by deciding
3736  * the service order of the internally-queued requests, does
3737  * determine also the actual throughput distribution among
3738  * these processes. But the drive typically has no notion or
3739  * concern about per-process throughput distribution, and
3740  * makes its decisions only on a per-request basis. Therefore,
3741  * the service distribution enforced by the drive's internal
3742  * scheduler is likely to coincide with the desired throughput
3743  * distribution only in a completely symmetric, or favorably
3744  * skewed scenario where:
3745  * (i-a) each of these processes must get the same throughput as
3746  *       the others,
3747  * (i-b) in case (i-a) does not hold, it holds that the process
3748  *       associated with bfqq must receive a lower or equal
3749  *       throughput than any of the other processes;
3750  * (ii)  the I/O of each process has the same properties, in
3751  *       terms of locality (sequential or random), direction
3752  *       (reads or writes), request sizes, greediness
3753  *       (from I/O-bound to sporadic), and so on;
3754
3755  * In fact, in such a scenario, the drive tends to treat the requests
3756  * of each process in about the same way as the requests of the
3757  * others, and thus to provide each of these processes with about the
3758  * same throughput.  This is exactly the desired throughput
3759  * distribution if (i-a) holds, or, if (i-b) holds instead, this is an
3760  * even more convenient distribution for (the process associated with)
3761  * bfqq.
3762  *
3763  * In contrast, in any asymmetric or unfavorable scenario, device
3764  * idling (I/O-dispatch plugging) is certainly needed to guarantee
3765  * that bfqq receives its assigned fraction of the device throughput
3766  * (see [1] for details).
3767  *
3768  * The problem is that idling may significantly reduce throughput with
3769  * certain combinations of types of I/O and devices. An important
3770  * example is sync random I/O on flash storage with command
3771  * queueing. So, unless bfqq falls in cases where idling also boosts
3772  * throughput, it is important to check conditions (i-a), i(-b) and
3773  * (ii) accurately, so as to avoid idling when not strictly needed for
3774  * service guarantees.
3775  *
3776  * Unfortunately, it is extremely difficult to thoroughly check
3777  * condition (ii). And, in case there are active groups, it becomes
3778  * very difficult to check conditions (i-a) and (i-b) too.  In fact,
3779  * if there are active groups, then, for conditions (i-a) or (i-b) to
3780  * become false 'indirectly', it is enough that an active group
3781  * contains more active processes or sub-groups than some other active
3782  * group. More precisely, for conditions (i-a) or (i-b) to become
3783  * false because of such a group, it is not even necessary that the
3784  * group is (still) active: it is sufficient that, even if the group
3785  * has become inactive, some of its descendant processes still have
3786  * some request already dispatched but still waiting for
3787  * completion. In fact, requests have still to be guaranteed their
3788  * share of the throughput even after being dispatched. In this
3789  * respect, it is easy to show that, if a group frequently becomes
3790  * inactive while still having in-flight requests, and if, when this
3791  * happens, the group is not considered in the calculation of whether
3792  * the scenario is asymmetric, then the group may fail to be
3793  * guaranteed its fair share of the throughput (basically because
3794  * idling may not be performed for the descendant processes of the
3795  * group, but it had to be).  We address this issue with the following
3796  * bi-modal behavior, implemented in the function
3797  * bfq_asymmetric_scenario().
3798  *
3799  * If there are groups with requests waiting for completion
3800  * (as commented above, some of these groups may even be
3801  * already inactive), then the scenario is tagged as
3802  * asymmetric, conservatively, without checking any of the
3803  * conditions (i-a), (i-b) or (ii). So the device is idled for bfqq.
3804  * This behavior matches also the fact that groups are created
3805  * exactly if controlling I/O is a primary concern (to
3806  * preserve bandwidth and latency guarantees).
3807  *
3808  * On the opposite end, if there are no groups with requests waiting
3809  * for completion, then only conditions (i-a) and (i-b) are actually
3810  * controlled, i.e., provided that conditions (i-a) or (i-b) holds,
3811  * idling is not performed, regardless of whether condition (ii)
3812  * holds.  In other words, only if conditions (i-a) and (i-b) do not
3813  * hold, then idling is allowed, and the device tends to be prevented
3814  * from queueing many requests, possibly of several processes. Since
3815  * there are no groups with requests waiting for completion, then, to
3816  * control conditions (i-a) and (i-b) it is enough to check just
3817  * whether all the queues with requests waiting for completion also
3818  * have the same weight.
3819  *
3820  * Not checking condition (ii) evidently exposes bfqq to the
3821  * risk of getting less throughput than its fair share.
3822  * However, for queues with the same weight, a further
3823  * mechanism, preemption, mitigates or even eliminates this
3824  * problem. And it does so without consequences on overall
3825  * throughput. This mechanism and its benefits are explained
3826  * in the next three paragraphs.
3827  *
3828  * Even if a queue, say Q, is expired when it remains idle, Q
3829  * can still preempt the new in-service queue if the next
3830  * request of Q arrives soon (see the comments on
3831  * bfq_bfqq_update_budg_for_activation). If all queues and
3832  * groups have the same weight, this form of preemption,
3833  * combined with the hole-recovery heuristic described in the
3834  * comments on function bfq_bfqq_update_budg_for_activation,
3835  * are enough to preserve a correct bandwidth distribution in
3836  * the mid term, even without idling. In fact, even if not
3837  * idling allows the internal queues of the device to contain
3838  * many requests, and thus to reorder requests, we can rather
3839  * safely assume that the internal scheduler still preserves a
3840  * minimum of mid-term fairness.
3841  *
3842  * More precisely, this preemption-based, idleless approach
3843  * provides fairness in terms of IOPS, and not sectors per
3844  * second. This can be seen with a simple example. Suppose
3845  * that there are two queues with the same weight, but that
3846  * the first queue receives requests of 8 sectors, while the
3847  * second queue receives requests of 1024 sectors. In
3848  * addition, suppose that each of the two queues contains at
3849  * most one request at a time, which implies that each queue
3850  * always remains idle after it is served. Finally, after
3851  * remaining idle, each queue receives very quickly a new
3852  * request. It follows that the two queues are served
3853  * alternatively, preempting each other if needed. This
3854  * implies that, although both queues have the same weight,
3855  * the queue with large requests receives a service that is
3856  * 1024/8 times as high as the service received by the other
3857  * queue.
3858  *
3859  * The motivation for using preemption instead of idling (for
3860  * queues with the same weight) is that, by not idling,
3861  * service guarantees are preserved (completely or at least in
3862  * part) without minimally sacrificing throughput. And, if
3863  * there is no active group, then the primary expectation for
3864  * this device is probably a high throughput.
3865  *
3866  * We are now left only with explaining the additional
3867  * compound condition that is checked below for deciding
3868  * whether the scenario is asymmetric. To explain this
3869  * compound condition, we need to add that the function
3870  * bfq_asymmetric_scenario checks the weights of only
3871  * non-weight-raised queues, for efficiency reasons (see
3872  * comments on bfq_weights_tree_add()). Then the fact that
3873  * bfqq is weight-raised is checked explicitly here. More
3874  * precisely, the compound condition below takes into account
3875  * also the fact that, even if bfqq is being weight-raised,
3876  * the scenario is still symmetric if all queues with requests
3877  * waiting for completion happen to be
3878  * weight-raised. Actually, we should be even more precise
3879  * here, and differentiate between interactive weight raising
3880  * and soft real-time weight raising.
3881  *
3882  * As a side note, it is worth considering that the above
3883  * device-idling countermeasures may however fail in the
3884  * following unlucky scenario: if idling is (correctly)
3885  * disabled in a time period during which all symmetry
3886  * sub-conditions hold, and hence the device is allowed to
3887  * enqueue many requests, but at some later point in time some
3888  * sub-condition stops to hold, then it may become impossible
3889  * to let requests be served in the desired order until all
3890  * the requests already queued in the device have been served.
3891  */
3892 static bool idling_needed_for_service_guarantees(struct bfq_data *bfqd,
3893                                                  struct bfq_queue *bfqq)
3894 {
3895         return (bfqq->wr_coeff > 1 &&
3896                 bfqd->wr_busy_queues <
3897                 bfq_tot_busy_queues(bfqd)) ||
3898                 bfq_asymmetric_scenario(bfqd, bfqq);
3899 }
3900
3901 /*
3902  * For a queue that becomes empty, device idling is allowed only if
3903  * this function returns true for that queue. As a consequence, since
3904  * device idling plays a critical role for both throughput boosting
3905  * and service guarantees, the return value of this function plays a
3906  * critical role as well.
3907  *
3908  * In a nutshell, this function returns true only if idling is
3909  * beneficial for throughput or, even if detrimental for throughput,
3910  * idling is however necessary to preserve service guarantees (low
3911  * latency, desired throughput distribution, ...). In particular, on
3912  * NCQ-capable devices, this function tries to return false, so as to
3913  * help keep the drives' internal queues full, whenever this helps the
3914  * device boost the throughput without causing any service-guarantee
3915  * issue.
3916  *
3917  * Most of the issues taken into account to get the return value of
3918  * this function are not trivial. We discuss these issues in the two
3919  * functions providing the main pieces of information needed by this
3920  * function.
3921  */
3922 static bool bfq_better_to_idle(struct bfq_queue *bfqq)
3923 {
3924         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
3925         bool idling_boosts_thr_with_no_issue, idling_needed_for_service_guar;
3926
3927         if (unlikely(bfqd->strict_guarantees))
3928                 return true;
3929
3930         /*
3931          * Idling is performed only if slice_idle > 0. In addition, we
3932          * do not idle if
3933          * (a) bfqq is async
3934          * (b) bfqq is in the idle io prio class: in this case we do
3935          * not idle because we want to minimize the bandwidth that
3936          * queues in this class can steal to higher-priority queues
3937          */
3938         if (bfqd->bfq_slice_idle == 0 || !bfq_bfqq_sync(bfqq) ||
3939            bfq_class_idle(bfqq))
3940                 return false;
3941
3942         idling_boosts_thr_with_no_issue =
3943                 idling_boosts_thr_without_issues(bfqd, bfqq);
3944
3945         idling_needed_for_service_guar =
3946                 idling_needed_for_service_guarantees(bfqd, bfqq);
3947
3948         /*
3949          * We have now the two components we need to compute the
3950          * return value of the function, which is true only if idling
3951          * either boosts the throughput (without issues), or is
3952          * necessary to preserve service guarantees.
3953          */
3954         return idling_boosts_thr_with_no_issue ||
3955                 idling_needed_for_service_guar;
3956 }
3957
3958 /*
3959  * If the in-service queue is empty but the function bfq_better_to_idle
3960  * returns true, then:
3961  * 1) the queue must remain in service and cannot be expired, and
3962  * 2) the device must be idled to wait for the possible arrival of a new
3963  *    request for the queue.
3964  * See the comments on the function bfq_better_to_idle for the reasons
3965  * why performing device idling is the best choice to boost the throughput
3966  * and preserve service guarantees when bfq_better_to_idle itself
3967  * returns true.
3968  */
3969 static bool bfq_bfqq_must_idle(struct bfq_queue *bfqq)
3970 {
3971         return RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) && bfq_better_to_idle(bfqq);
3972 }
3973
3974 /*
3975  * This function chooses the queue from which to pick the next extra
3976  * I/O request to inject, if it finds a compatible queue. See the
3977  * comments on bfq_update_inject_limit() for details on the injection
3978  * mechanism, and for the definitions of the quantities mentioned
3979  * below.
3980  */
3981 static struct bfq_queue *
3982 bfq_choose_bfqq_for_injection(struct bfq_data *bfqd)
3983 {
3984         struct bfq_queue *bfqq, *in_serv_bfqq = bfqd->in_service_queue;
3985         unsigned int limit = in_serv_bfqq->inject_limit;
3986         /*
3987          * If
3988          * - bfqq is not weight-raised and therefore does not carry
3989          *   time-critical I/O,
3990          * or
3991          * - regardless of whether bfqq is weight-raised, bfqq has
3992          *   however a long think time, during which it can absorb the
3993          *   effect of an appropriate number of extra I/O requests
3994          *   from other queues (see bfq_update_inject_limit for
3995          *   details on the computation of this number);
3996          * then injection can be performed without restrictions.
3997          */
3998         bool in_serv_always_inject = in_serv_bfqq->wr_coeff == 1 ||
3999                 !bfq_bfqq_has_short_ttime(in_serv_bfqq);
4000
4001         /*
4002          * If
4003          * - the baseline total service time could not be sampled yet,
4004          *   so the inject limit happens to be still 0, and
4005          * - a lot of time has elapsed since the plugging of I/O
4006          *   dispatching started, so drive speed is being wasted
4007          *   significantly;
4008          * then temporarily raise inject limit to one request.
4009          */
4010         if (limit == 0 && in_serv_bfqq->last_serv_time_ns == 0 &&
4011             bfq_bfqq_wait_request(in_serv_bfqq) &&
4012             time_is_before_eq_jiffies(bfqd->last_idling_start_jiffies +
4013                                       bfqd->bfq_slice_idle)
4014                 )
4015                 limit = 1;
4016
4017         if (bfqd->rq_in_driver >= limit)
4018                 return NULL;
4019
4020         /*
4021          * Linear search of the source queue for injection; but, with
4022          * a high probability, very few steps are needed to find a
4023          * candidate queue, i.e., a queue with enough budget left for
4024          * its next request. In fact:
4025          * - BFQ dynamically updates the budget of every queue so as
4026          *   to accommodate the expected backlog of the queue;
4027          * - if a queue gets all its requests dispatched as injected
4028          *   service, then the queue is removed from the active list
4029          *   (and re-added only if it gets new requests, but then it
4030          *   is assigned again enough budget for its new backlog).
4031          */
4032         list_for_each_entry(bfqq, &bfqd->active_list, bfqq_list)
4033                 if (!RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) &&
4034                     (in_serv_always_inject || bfqq->wr_coeff > 1) &&
4035                     bfq_serv_to_charge(bfqq->next_rq, bfqq) <=
4036                     bfq_bfqq_budget_left(bfqq)) {
4037                         /*
4038                          * Allow for only one large in-flight request
4039                          * on non-rotational devices, for the
4040                          * following reason. On non-rotationl drives,
4041                          * large requests take much longer than
4042                          * smaller requests to be served. In addition,
4043                          * the drive prefers to serve large requests
4044                          * w.r.t. to small ones, if it can choose. So,
4045                          * having more than one large requests queued
4046                          * in the drive may easily make the next first
4047                          * request of the in-service queue wait for so
4048                          * long to break bfqq's service guarantees. On
4049                          * the bright side, large requests let the
4050                          * drive reach a very high throughput, even if
4051                          * there is only one in-flight large request
4052                          * at a time.
4053                          */
4054                         if (blk_queue_nonrot(bfqd->queue) &&
4055                             blk_rq_sectors(bfqq->next_rq) >=
4056                             BFQQ_SECT_THR_NONROT)
4057                                 limit = min_t(unsigned int, 1, limit);
4058                         else
4059                                 limit = in_serv_bfqq->inject_limit;
4060
4061                         if (bfqd->rq_in_driver < limit) {
4062                                 bfqd->rqs_injected = true;
4063                                 return bfqq;
4064                         }
4065                 }
4066
4067         return NULL;
4068 }
4069
4070 /*
4071  * Select a queue for service.  If we have a current queue in service,
4072  * check whether to continue servicing it, or retrieve and set a new one.
4073  */
4074 static struct bfq_queue *bfq_select_queue(struct bfq_data *bfqd)
4075 {
4076         struct bfq_queue *bfqq;
4077         struct request *next_rq;
4078         enum bfqq_expiration reason = BFQQE_BUDGET_TIMEOUT;
4079
4080         bfqq = bfqd->in_service_queue;
4081         if (!bfqq)
4082                 goto new_queue;
4083
4084         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "select_queue: already in-service queue");
4085
4086         /*
4087          * Do not expire bfqq for budget timeout if bfqq may be about
4088          * to enjoy device idling. The reason why, in this case, we
4089          * prevent bfqq from expiring is the same as in the comments
4090          * on the case where bfq_bfqq_must_idle() returns true, in
4091          * bfq_completed_request().
4092          */
4093         if (bfq_may_expire_for_budg_timeout(bfqq) &&
4094             !bfq_bfqq_must_idle(bfqq))
4095                 goto expire;
4096
4097 check_queue:
4098         /*
4099          * This loop is rarely executed more than once. Even when it
4100          * happens, it is much more convenient to re-execute this loop
4101          * than to return NULL and trigger a new dispatch to get a
4102          * request served.
4103          */
4104         next_rq = bfqq->next_rq;
4105         /*
4106          * If bfqq has requests queued and it has enough budget left to
4107          * serve them, keep the queue, otherwise expire it.
4108          */
4109         if (next_rq) {
4110                 if (bfq_serv_to_charge(next_rq, bfqq) >
4111                         bfq_bfqq_budget_left(bfqq)) {
4112                         /*
4113                          * Expire the queue for budget exhaustion,
4114                          * which makes sure that the next budget is
4115                          * enough to serve the next request, even if
4116                          * it comes from the fifo expired path.
4117                          */
4118                         reason = BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED;
4119                         goto expire;
4120                 } else {
4121                         /*
4122                          * The idle timer may be pending because we may
4123                          * not disable disk idling even when a new request
4124                          * arrives.
4125                          */
4126                         if (bfq_bfqq_wait_request(bfqq)) {
4127                                 /*
4128                                  * If we get here: 1) at least a new request
4129                                  * has arrived but we have not disabled the
4130                                  * timer because the request was too small,
4131                                  * 2) then the block layer has unplugged
4132                                  * the device, causing the dispatch to be
4133                                  * invoked.
4134                                  *
4135                                  * Since the device is unplugged, now the
4136                                  * requests are probably large enough to
4137                                  * provide a reasonable throughput.
4138                                  * So we disable idling.
4139                                  */
4140                                 bfq_clear_bfqq_wait_request(bfqq);
4141                                 hrtimer_try_to_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
4142                         }
4143                         goto keep_queue;
4144                 }
4145         }
4146
4147         /*
4148          * No requests pending. However, if the in-service queue is idling
4149          * for a new request, or has requests waiting for a completion and
4150          * may idle after their completion, then keep it anyway.
4151          *
4152          * Yet, inject service from other queues if it boosts
4153          * throughput and is possible.
4154          */
4155         if (bfq_bfqq_wait_request(bfqq) ||
4156             (bfqq->dispatched != 0 && bfq_better_to_idle(bfqq))) {
4157                 struct bfq_queue *async_bfqq =
4158                         bfqq->bic && bfqq->bic->bfqq[0] &&
4159                         bfq_bfqq_busy(bfqq->bic->bfqq[0]) ?
4160                         bfqq->bic->bfqq[0] : NULL;
4161
4162                 /*
4163                  * If the process associated with bfqq has also async
4164                  * I/O pending, then inject it
4165                  * unconditionally. Injecting I/O from the same
4166                  * process can cause no harm to the process. On the
4167                  * contrary, it can only increase bandwidth and reduce
4168                  * latency for the process.
4169                  */
4170                 if (async_bfqq &&
4171                     icq_to_bic(async_bfqq->next_rq->elv.icq) == bfqq->bic &&
4172                     bfq_serv_to_charge(async_bfqq->next_rq, async_bfqq) <=
4173                     bfq_bfqq_budget_left(async_bfqq))
4174                         bfqq = bfqq->bic->bfqq[0];
4175                 else if (!idling_boosts_thr_without_issues(bfqd, bfqq) &&
4176                          (bfqq->wr_coeff == 1 || bfqd->wr_busy_queues > 1 ||
4177                           !bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq)))
4178                         bfqq = bfq_choose_bfqq_for_injection(bfqd);
4179                 else
4180                         bfqq = NULL;
4181
4182                 goto keep_queue;
4183         }
4184
4185         reason = BFQQE_NO_MORE_REQUESTS;
4186 expire:
4187         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false, reason);
4188 new_queue:
4189         bfqq = bfq_set_in_service_queue(bfqd);
4190         if (bfqq) {
4191                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "select_queue: checking new queue");
4192                 goto check_queue;
4193         }
4194 keep_queue:
4195         if (bfqq)
4196                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "select_queue: returned this queue");
4197         else
4198                 bfq_log(bfqd, "select_queue: no queue returned");
4199
4200         return bfqq;
4201 }
4202
4203 static void bfq_update_wr_data(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
4204 {
4205         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
4206
4207         if (bfqq->wr_coeff > 1) { /* queue is being weight-raised */
4208                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq,
4209                         "raising period dur %u/%u msec, old coeff %u, w %d(%d)",
4210                         jiffies_to_msecs(jiffies - bfqq->last_wr_start_finish),
4211                         jiffies_to_msecs(bfqq->wr_cur_max_time),
4212                         bfqq->wr_coeff,
4213                         bfqq->entity.weight, bfqq->entity.orig_weight);
4214
4215                 if (entity->prio_changed)
4216                         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "WARN: pending prio change");
4217
4218                 /*
4219                  * If the queue was activated in a burst, or too much
4220                  * time has elapsed from the beginning of this
4221                  * weight-raising period, then end weight raising.
4222                  */
4223                 if (bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq))
4224                         bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
4225                 else if (time_is_before_jiffies(bfqq->last_wr_start_finish +
4226                                                 bfqq->wr_cur_max_time)) {
4227                         if (bfqq->wr_cur_max_time != bfqd->bfq_wr_rt_max_time ||
4228                         time_is_before_jiffies(bfqq->wr_start_at_switch_to_srt +
4229                                                bfq_wr_duration(bfqd)))
4230                                 bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
4231                         else {
4232                                 switch_back_to_interactive_wr(bfqq, bfqd);
4233                                 bfqq->entity.prio_changed = 1;
4234                         }
4235                 }
4236                 if (bfqq->wr_coeff > 1 &&
4237                     bfqq->wr_cur_max_time != bfqd->bfq_wr_rt_max_time &&
4238                     bfqq->service_from_wr > max_service_from_wr) {
4239                         /* see comments on max_service_from_wr */
4240                         bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
4241                 }
4242         }
4243         /*
4244          * To improve latency (for this or other queues), immediately
4245          * update weight both if it must be raised and if it must be
4246          * lowered. Since, entity may be on some active tree here, and
4247          * might have a pending change of its ioprio class, invoke
4248          * next function with the last parameter unset (see the
4249          * comments on the function).
4250          */
4251         if ((entity->weight > entity->orig_weight) != (bfqq->wr_coeff > 1))
4252                 __bfq_entity_update_weight_prio(bfq_entity_service_tree(entity),
4253                                                 entity, false);
4254 }
4255
4256 /*
4257  * Dispatch next request from bfqq.
4258  */
4259 static struct request *bfq_dispatch_rq_from_bfqq(struct bfq_data *bfqd,
4260                                                  struct bfq_queue *bfqq)
4261 {
4262         struct request *rq = bfqq->next_rq;
4263         unsigned long service_to_charge;
4264
4265         service_to_charge = bfq_serv_to_charge(rq, bfqq);
4266
4267         bfq_bfqq_served(bfqq, service_to_charge);
4268
4269         if (bfqq == bfqd->in_service_queue && bfqd->wait_dispatch) {
4270                 bfqd->wait_dispatch = false;
4271                 bfqd->waited_rq = rq;
4272         }
4273
4274         bfq_dispatch_remove(bfqd->queue, rq);
4275
4276         if (bfqq != bfqd->in_service_queue)
4277                 goto return_rq;
4278
4279         /*
4280          * If weight raising has to terminate for bfqq, then next
4281          * function causes an immediate update of bfqq's weight,
4282          * without waiting for next activation. As a consequence, on
4283          * expiration, bfqq will be timestamped as if has never been
4284          * weight-raised during this service slot, even if it has
4285          * received part or even most of the service as a
4286          * weight-raised queue. This inflates bfqq's timestamps, which
4287          * is beneficial, as bfqq is then more willing to leave the
4288          * device immediately to possible other weight-raised queues.
4289          */
4290         bfq_update_wr_data(bfqd, bfqq);
4291
4292         /*
4293          * Expire bfqq, pretending that its budget expired, if bfqq
4294          * belongs to CLASS_IDLE and other queues are waiting for
4295          * service.
4296          */
4297         if (!(bfq_tot_busy_queues(bfqd) > 1 && bfq_class_idle(bfqq)))
4298                 goto return_rq;
4299
4300         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false, BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED);
4301
4302 return_rq:
4303         return rq;
4304 }
4305
4306 static bool bfq_has_work(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
4307 {
4308         struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
4309
4310         /*
4311          * Avoiding lock: a race on bfqd->busy_queues should cause at
4312          * most a call to dispatch for nothing
4313          */
4314         return !list_empty_careful(&bfqd->dispatch) ||
4315                 bfq_tot_busy_queues(bfqd) > 0;
4316 }
4317
4318 static struct request *__bfq_dispatch_request(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
4319 {
4320         struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
4321         struct request *rq = NULL;
4322         struct bfq_queue *bfqq = NULL;
4323
4324         if (!list_empty(&bfqd->dispatch)) {
4325                 rq = list_first_entry(&bfqd->dispatch, struct request,
4326                                       queuelist);
4327                 list_del_init(&rq->queuelist);
4328
4329                 bfqq = RQ_BFQQ(rq);
4330
4331                 if (bfqq) {
4332                         /*
4333                          * Increment counters here, because this
4334                          * dispatch does not follow the standard
4335                          * dispatch flow (where counters are
4336                          * incremented)
4337                          */
4338                         bfqq->dispatched++;
4339
4340                         goto inc_in_driver_start_rq;
4341                 }
4342
4343                 /*
4344                  * We exploit the bfq_finish_requeue_request hook to
4345                  * decrement rq_in_driver, but
4346                  * bfq_finish_requeue_request will not be invoked on
4347                  * this request. So, to avoid unbalance, just start
4348                  * this request, without incrementing rq_in_driver. As
4349                  * a negative consequence, rq_in_driver is deceptively
4350                  * lower than it should be while this request is in
4351                  * service. This may cause bfq_schedule_dispatch to be
4352                  * invoked uselessly.
4353                  *
4354                  * As for implementing an exact solution, the
4355                  * bfq_finish_requeue_request hook, if defined, is
4356                  * probably invoked also on this request. So, by
4357                  * exploiting this hook, we could 1) increment
4358                  * rq_in_driver here, and 2) decrement it in
4359                  * bfq_finish_requeue_request. Such a solution would
4360                  * let the value of the counter be always accurate,
4361                  * but it would entail using an extra interface
4362                  * function. This cost seems higher than the benefit,
4363                  * being the frequency of non-elevator-private
4364                  * requests very low.
4365                  */
4366                 goto start_rq;
4367         }
4368
4369         bfq_log(bfqd, "dispatch requests: %d busy queues",
4370                 bfq_tot_busy_queues(bfqd));
4371
4372         if (bfq_tot_busy_queues(bfqd) == 0)
4373                 goto exit;
4374
4375         /*
4376          * Force device to serve one request at a time if
4377          * strict_guarantees is true. Forcing this service scheme is
4378          * currently the ONLY way to guarantee that the request
4379          * service order enforced by the scheduler is respected by a
4380          * queueing device. Otherwise the device is free even to make
4381          * some unlucky request wait for as long as the device
4382          * wishes.
4383          *
4384          * Of course, serving one request at at time may cause loss of
4385          * throughput.
4386          */
4387         if (bfqd->strict_guarantees && bfqd->rq_in_driver > 0)
4388                 goto exit;
4389
4390         bfqq = bfq_select_queue(bfqd);
4391         if (!bfqq)
4392                 goto exit;
4393
4394         rq = bfq_dispatch_rq_from_bfqq(bfqd, bfqq);
4395
4396         if (rq) {
4397 inc_in_driver_start_rq:
4398                 bfqd->rq_in_driver++;
4399 start_rq:
4400                 rq->rq_flags |= RQF_STARTED;
4401         }
4402 exit:
4403         return rq;
4404 }
4405
4406 #if defined(CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED) && defined(CONFIG_DEBUG_BLK_CGROUP)
4407 static void bfq_update_dispatch_stats(struct request_queue *q,
4408                                       struct request *rq,
4409                                       struct bfq_queue *in_serv_queue,
4410                                       bool idle_timer_disabled)
4411 {
4412         struct bfq_queue *bfqq = rq ? RQ_BFQQ(rq) : NULL;
4413
4414         if (!idle_timer_disabled && !bfqq)
4415                 return;
4416
4417         /*
4418          * rq and bfqq are guaranteed to exist until this function
4419          * ends, for the following reasons. First, rq can be
4420          * dispatched to the device, and then can be completed and
4421          * freed, only after this function ends. Second, rq cannot be
4422          * merged (and thus freed because of a merge) any longer,
4423          * because it has already started. Thus rq cannot be freed
4424          * before this function ends, and, since rq has a reference to
4425          * bfqq, the same guarantee holds for bfqq too.
4426          *
4427          * In addition, the following queue lock guarantees that
4428          * bfqq_group(bfqq) exists as well.
4429          */
4430         spin_lock_irq(&q->queue_lock);
4431         if (idle_timer_disabled)
4432                 /*
4433                  * Since the idle timer has been disabled,
4434                  * in_serv_queue contained some request when
4435                  * __bfq_dispatch_request was invoked above, which
4436                  * implies that rq was picked exactly from
4437                  * in_serv_queue. Thus in_serv_queue == bfqq, and is
4438                  * therefore guaranteed to exist because of the above
4439                  * arguments.
4440                  */
4441                 bfqg_stats_update_idle_time(bfqq_group(in_serv_queue));
4442         if (bfqq) {
4443                 struct bfq_group *bfqg = bfqq_group(bfqq);
4444
4445                 bfqg_stats_update_avg_queue_size(bfqg);
4446                 bfqg_stats_set_start_empty_time(bfqg);
4447                 bfqg_stats_update_io_remove(bfqg, rq->cmd_flags);
4448         }
4449         spin_unlock_irq(&q->queue_lock);
4450 }
4451 #else
4452 static inline void bfq_update_dispatch_stats(struct request_queue *q,
4453                                              struct request *rq,
4454                                              struct bfq_queue *in_serv_queue,
4455                                              bool idle_timer_disabled) {}
4456 #endif
4457
4458 static struct request *bfq_dispatch_request(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
4459 {
4460         struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
4461         struct request *rq;
4462         struct bfq_queue *in_serv_queue;
4463         bool waiting_rq, idle_timer_disabled;
4464
4465         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
4466
4467         in_serv_queue = bfqd->in_service_queue;
4468         waiting_rq = in_serv_queue && bfq_bfqq_wait_request(in_serv_queue);
4469
4470         rq = __bfq_dispatch_request(hctx);
4471
4472         idle_timer_disabled =
4473                 waiting_rq && !bfq_bfqq_wait_request(in_serv_queue);
4474
4475         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
4476
4477         bfq_update_dispatch_stats(hctx->queue, rq, in_serv_queue,
4478                                   idle_timer_disabled);
4479
4480         return rq;
4481 }
4482
4483 /*
4484  * Task holds one reference to the queue, dropped when task exits.  Each rq
4485  * in-flight on this queue also holds a reference, dropped when rq is freed.
4486  *
4487  * Scheduler lock must be held here. Recall not to use bfqq after calling
4488  * this function on it.
4489  */
4490 void bfq_put_queue(struct bfq_queue *bfqq)
4491 {
4492 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
4493         struct bfq_group *bfqg = bfqq_group(bfqq);
4494 #endif
4495
4496         if (bfqq->bfqd)
4497                 bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "put_queue: %p %d",
4498                              bfqq, bfqq->ref);
4499
4500         bfqq->ref--;
4501         if (bfqq->ref)
4502                 return;
4503
4504         if (!hlist_unhashed(&bfqq->burst_list_node)) {
4505                 hlist_del_init(&bfqq->burst_list_node);
4506                 /*
4507                  * Decrement also burst size after the removal, if the
4508                  * process associated with bfqq is exiting, and thus
4509                  * does not contribute to the burst any longer. This
4510                  * decrement helps filter out false positives of large
4511                  * bursts, when some short-lived process (often due to
4512                  * the execution of commands by some service) happens
4513                  * to start and exit while a complex application is
4514                  * starting, and thus spawning several processes that
4515                  * do I/O (and that *must not* be treated as a large
4516                  * burst, see comments on bfq_handle_burst).
4517                  *
4518                  * In particular, the decrement is performed only if:
4519                  * 1) bfqq is not a merged queue, because, if it is,
4520                  * then this free of bfqq is not triggered by the exit
4521                  * of the process bfqq is associated with, but exactly
4522                  * by the fact that bfqq has just been merged.
4523                  * 2) burst_size is greater than 0, to handle
4524                  * unbalanced decrements. Unbalanced decrements may
4525                  * happen in te following case: bfqq is inserted into
4526                  * the current burst list--without incrementing
4527                  * bust_size--because of a split, but the current
4528                  * burst list is not the burst list bfqq belonged to
4529                  * (see comments on the case of a split in
4530                  * bfq_set_request).
4531                  */
4532                 if (bfqq->bic && bfqq->bfqd->burst_size > 0)
4533                         bfqq->bfqd->burst_size--;
4534         }
4535
4536         kmem_cache_free(bfq_pool, bfqq);
4537 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
4538         bfqg_and_blkg_put(bfqg);
4539 #endif
4540 }
4541
4542 static void bfq_put_cooperator(struct bfq_queue *bfqq)
4543 {
4544         struct bfq_queue *__bfqq, *next;
4545
4546         /*
4547          * If this queue was scheduled to merge with another queue, be
4548          * sure to drop the reference taken on that queue (and others in
4549          * the merge chain). See bfq_setup_merge and bfq_merge_bfqqs.
4550          */
4551         __bfqq = bfqq->new_bfqq;
4552         while (__bfqq) {
4553                 if (__bfqq == bfqq)
4554                         break;
4555                 next = __bfqq->new_bfqq;
4556                 bfq_put_queue(__bfqq);
4557                 __bfqq = next;
4558         }
4559 }
4560
4561 static void bfq_exit_bfqq(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
4562 {
4563         if (bfqq == bfqd->in_service_queue) {
4564                 __bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq);
4565                 bfq_schedule_dispatch(bfqd);
4566         }
4567
4568         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "exit_bfqq: %p, %d", bfqq, bfqq->ref);
4569
4570         bfq_put_cooperator(bfqq);
4571
4572         bfq_put_queue(bfqq); /* release process reference */
4573 }
4574
4575 static void bfq_exit_icq_bfqq(struct bfq_io_cq *bic, bool is_sync)
4576 {
4577         struct bfq_queue *bfqq = bic_to_bfqq(bic, is_sync);
4578         struct bfq_data *bfqd;
4579
4580         if (bfqq)
4581                 bfqd = bfqq->bfqd; /* NULL if scheduler already exited */
4582
4583         if (bfqq && bfqd) {
4584                 unsigned long flags;
4585
4586                 spin_lock_irqsave(&bfqd->lock, flags);
4587                 bfq_exit_bfqq(bfqd, bfqq);
4588                 bic_set_bfqq(bic, NULL, is_sync);
4589                 spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
4590         }
4591 }
4592
4593 static void bfq_exit_icq(struct io_cq *icq)
4594 {
4595         struct bfq_io_cq *bic = icq_to_bic(icq);
4596
4597         bfq_exit_icq_bfqq(bic, true);
4598         bfq_exit_icq_bfqq(bic, false);
4599 }
4600
4601 /*
4602  * Update the entity prio values; note that the new values will not
4603  * be used until the next (re)activation.
4604  */
4605 static void
4606 bfq_set_next_ioprio_data(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_io_cq *bic)
4607 {
4608         struct task_struct *tsk = current;
4609         int ioprio_class;
4610         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
4611
4612         if (!bfqd)
4613                 return;
4614
4615         ioprio_class = IOPRIO_PRIO_CLASS(bic->ioprio);
4616         switch (ioprio_class) {
4617         default:
4618                 dev_err(bfqq->bfqd->queue->backing_dev_info->dev,
4619                         "bfq: bad prio class %d\n", ioprio_class);
4620                 /* fall through */
4621         case IOPRIO_CLASS_NONE:
4622                 /*
4623                  * No prio set, inherit CPU scheduling settings.
4624                  */
4625                 bfqq->new_ioprio = task_nice_ioprio(tsk);
4626                 bfqq->new_ioprio_class = task_nice_ioclass(tsk);
4627                 break;
4628         case IOPRIO_CLASS_RT:
4629                 bfqq->new_ioprio = IOPRIO_PRIO_DATA(bic->ioprio);
4630                 bfqq->new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_RT;
4631                 break;
4632         case IOPRIO_CLASS_BE:
4633                 bfqq->new_ioprio = IOPRIO_PRIO_DATA(bic->ioprio);
4634                 bfqq->new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_BE;
4635                 break;
4636         case IOPRIO_CLASS_IDLE:
4637                 bfqq->new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_IDLE;
4638                 bfqq->new_ioprio = 7;
4639                 break;
4640         }
4641
4642         if (bfqq->new_ioprio >= IOPRIO_BE_NR) {
4643                 pr_crit("bfq_set_next_ioprio_data: new_ioprio %d\n",
4644                         bfqq->new_ioprio);
4645                 bfqq->new_ioprio = IOPRIO_BE_NR;
4646         }
4647
4648         bfqq->entity.new_weight = bfq_ioprio_to_weight(bfqq->new_ioprio);
4649         bfqq->entity.prio_changed = 1;
4650 }
4651
4652 static struct bfq_queue *bfq_get_queue(struct bfq_data *bfqd,
4653                                        struct bio *bio, bool is_sync,
4654                                        struct bfq_io_cq *bic);
4655
4656 static void bfq_check_ioprio_change(struct bfq_io_cq *bic, struct bio *bio)
4657 {
4658         struct bfq_data *bfqd = bic_to_bfqd(bic);
4659         struct bfq_queue *bfqq;
4660         int ioprio = bic->icq.ioc->ioprio;
4661
4662         /*
4663          * This condition may trigger on a newly created bic, be sure to
4664          * drop the lock before returning.
4665          */
4666         if (unlikely(!bfqd) || likely(bic->ioprio == ioprio))
4667                 return;
4668
4669         bic->ioprio = ioprio;
4670
4671         bfqq = bic_to_bfqq(bic, false);
4672         if (bfqq) {
4673                 /* release process reference on this queue */
4674                 bfq_put_queue(bfqq);
4675                 bfqq = bfq_get_queue(bfqd, bio, BLK_RW_ASYNC, bic);
4676                 bic_set_bfqq(bic, bfqq, false);
4677         }
4678
4679         bfqq = bic_to_bfqq(bic, true);
4680         if (bfqq)
4681                 bfq_set_next_ioprio_data(bfqq, bic);
4682 }
4683
4684 static void bfq_init_bfqq(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
4685                           struct bfq_io_cq *bic, pid_t pid, int is_sync)
4686 {
4687         RB_CLEAR_NODE(&bfqq->entity.rb_node);
4688         INIT_LIST_HEAD(&bfqq->fifo);
4689         INIT_HLIST_NODE(&bfqq->burst_list_node);
4690
4691         bfqq->ref = 0;
4692         bfqq->bfqd = bfqd;
4693
4694         if (bic)
4695                 bfq_set_next_ioprio_data(bfqq, bic);
4696
4697         if (is_sync) {
4698                 /*
4699                  * No need to mark as has_short_ttime if in
4700                  * idle_class, because no device idling is performed
4701                  * for queues in idle class
4702                  */
4703                 if (!bfq_class_idle(bfqq))
4704                         /* tentatively mark as has_short_ttime */
4705                         bfq_mark_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
4706                 bfq_mark_bfqq_sync(bfqq);
4707                 bfq_mark_bfqq_just_created(bfqq);
4708         } else
4709                 bfq_clear_bfqq_sync(bfqq);
4710
4711         /* set end request to minus infinity from now */
4712         bfqq->ttime.last_end_request = ktime_get_ns() + 1;
4713
4714         bfq_mark_bfqq_IO_bound(bfqq);
4715
4716         bfqq->pid = pid;
4717
4718         /* Tentative initial value to trade off between thr and lat */
4719         bfqq->max_budget = (2 * bfq_max_budget(bfqd)) / 3;
4720         bfqq->budget_timeout = bfq_smallest_from_now();
4721
4722         bfqq->wr_coeff = 1;
4723         bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
4724         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt = bfq_smallest_from_now();
4725         bfqq->split_time = bfq_smallest_from_now();
4726
4727         /*
4728          * To not forget the possibly high bandwidth consumed by a
4729          * process/queue in the recent past,
4730          * bfq_bfqq_softrt_next_start() returns a value at least equal
4731          * to the current value of bfqq->soft_rt_next_start (see
4732          * comments on bfq_bfqq_softrt_next_start).  Set
4733          * soft_rt_next_start to now, to mean that bfqq has consumed
4734          * no bandwidth so far.
4735          */
4736         bfqq->soft_rt_next_start = jiffies;
4737
4738         /* first request is almost certainly seeky */
4739         bfqq->seek_history = 1;
4740 }
4741
4742 static struct bfq_queue **bfq_async_queue_prio(struct bfq_data *bfqd,
4743                                                struct bfq_group *bfqg,
4744                                                int ioprio_class, int ioprio)
4745 {
4746         switch (ioprio_class) {
4747         case IOPRIO_CLASS_RT:
4748                 return &bfqg->async_bfqq[0][ioprio];
4749         case IOPRIO_CLASS_NONE:
4750                 ioprio = IOPRIO_NORM;
4751                 /* fall through */
4752         case IOPRIO_CLASS_BE:
4753                 return &bfqg->async_bfqq[1][ioprio];
4754         case IOPRIO_CLASS_IDLE:
4755                 return &bfqg->async_idle_bfqq;
4756         default:
4757                 return NULL;
4758         }
4759 }
4760
4761 static struct bfq_queue *bfq_get_queue(struct bfq_data *bfqd,
4762                                        struct bio *bio, bool is_sync,
4763                                        struct bfq_io_cq *bic)
4764 {
4765         const int ioprio = IOPRIO_PRIO_DATA(bic->ioprio);
4766         const int ioprio_class = IOPRIO_PRIO_CLASS(bic->ioprio);
4767         struct bfq_queue **async_bfqq = NULL;
4768         struct bfq_queue *bfqq;
4769         struct bfq_group *bfqg;
4770
4771         rcu_read_lock();
4772
4773         bfqg = bfq_find_set_group(bfqd, __bio_blkcg(bio));
4774         if (!bfqg) {
4775                 bfqq = &bfqd->oom_bfqq;
4776                 goto out;
4777         }
4778
4779         if (!is_sync) {
4780                 async_bfqq = bfq_async_queue_prio(bfqd, bfqg, ioprio_class,
4781                                                   ioprio);
4782                 bfqq = *async_bfqq;
4783                 if (bfqq)
4784                         goto out;
4785         }
4786
4787         bfqq = kmem_cache_alloc_node(bfq_pool,
4788                                      GFP_NOWAIT | __GFP_ZERO | __GFP_NOWARN,
4789                                      bfqd->queue->node);
4790
4791         if (bfqq) {
4792                 bfq_init_bfqq(bfqd, bfqq, bic, current->pid,
4793                               is_sync);
4794                 bfq_init_entity(&bfqq->entity, bfqg);
4795                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "allocated");
4796         } else {
4797                 bfqq = &bfqd->oom_bfqq;
4798                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "using oom bfqq");
4799                 goto out;
4800         }
4801
4802         /*
4803          * Pin the queue now that it's allocated, scheduler exit will
4804          * prune it.
4805          */
4806         if (async_bfqq) {
4807                 bfqq->ref++; /*
4808                               * Extra group reference, w.r.t. sync
4809                               * queue. This extra reference is removed
4810                               * only if bfqq->bfqg disappears, to
4811                               * guarantee that this queue is not freed
4812                               * until its group goes away.
4813                               */
4814                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "get_queue, bfqq not in async: %p, %d",
4815                              bfqq, bfqq->ref);
4816                 *async_bfqq = bfqq;
4817         }
4818
4819 out:
4820         bfqq->ref++; /* get a process reference to this queue */
4821         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "get_queue, at end: %p, %d", bfqq, bfqq->ref);
4822         rcu_read_unlock();
4823         return bfqq;
4824 }
4825
4826 static void bfq_update_io_thinktime(struct bfq_data *bfqd,
4827                                     struct bfq_queue *bfqq)
4828 {
4829         struct bfq_ttime *ttime = &bfqq->ttime;
4830         u64 elapsed = ktime_get_ns() - bfqq->ttime.last_end_request;
4831
4832         elapsed = min_t(u64, elapsed, 2ULL * bfqd->bfq_slice_idle);
4833
4834         ttime->ttime_samples = (7*bfqq->ttime.ttime_samples + 256) / 8;
4835         ttime->ttime_total = div_u64(7*ttime->ttime_total + 256*elapsed,  8);
4836         ttime->ttime_mean = div64_ul(ttime->ttime_total + 128,
4837                                      ttime->ttime_samples);
4838 }
4839
4840 static void
4841 bfq_update_io_seektime(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
4842                        struct request *rq)
4843 {
4844         bfqq->seek_history <<= 1;
4845         bfqq->seek_history |= BFQ_RQ_SEEKY(bfqd, bfqq->last_request_pos, rq);
4846
4847         if (bfqq->wr_coeff > 1 &&
4848             bfqq->wr_cur_max_time == bfqd->bfq_wr_rt_max_time &&
4849             BFQQ_TOTALLY_SEEKY(bfqq))
4850                 bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
4851 }
4852
4853 static void bfq_update_has_short_ttime(struct bfq_data *bfqd,
4854                                        struct bfq_queue *bfqq,
4855                                        struct bfq_io_cq *bic)
4856 {
4857         bool has_short_ttime = true;
4858
4859         /*
4860          * No need to update has_short_ttime if bfqq is async or in
4861          * idle io prio class, or if bfq_slice_idle is zero, because
4862          * no device idling is performed for bfqq in this case.
4863          */
4864         if (!bfq_bfqq_sync(bfqq) || bfq_class_idle(bfqq) ||
4865             bfqd->bfq_slice_idle == 0)
4866                 return;
4867
4868         /* Idle window just restored, statistics are meaningless. */
4869         if (time_is_after_eq_jiffies(bfqq->split_time +
4870                                      bfqd->bfq_wr_min_idle_time))
4871                 return;
4872
4873         /* Think time is infinite if no process is linked to
4874          * bfqq. Otherwise check average think time to
4875          * decide whether to mark as has_short_ttime
4876          */
4877         if (atomic_read(&bic->icq.ioc->active_ref) == 0 ||
4878             (bfq_sample_valid(bfqq->ttime.ttime_samples) &&
4879              bfqq->ttime.ttime_mean > bfqd->bfq_slice_idle))
4880                 has_short_ttime = false;
4881
4882         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "update_has_short_ttime: has_short_ttime %d",
4883                      has_short_ttime);
4884
4885         if (has_short_ttime)
4886                 bfq_mark_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
4887         else
4888                 bfq_clear_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
4889 }
4890
4891 /*
4892  * Called when a new fs request (rq) is added to bfqq.  Check if there's
4893  * something we should do about it.
4894  */
4895 static void bfq_rq_enqueued(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
4896                             struct request *rq)
4897 {
4898         struct bfq_io_cq *bic = RQ_BIC(rq);
4899
4900         if (rq->cmd_flags & REQ_META)
4901                 bfqq->meta_pending++;
4902
4903         bfq_update_io_thinktime(bfqd, bfqq);
4904         bfq_update_has_short_ttime(bfqd, bfqq, bic);
4905         bfq_update_io_seektime(bfqd, bfqq, rq);
4906
4907         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq,
4908                      "rq_enqueued: has_short_ttime=%d (seeky %d)",
4909                      bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq), BFQQ_SEEKY(bfqq));
4910
4911         bfqq->last_request_pos = blk_rq_pos(rq) + blk_rq_sectors(rq);
4912
4913         if (bfqq == bfqd->in_service_queue && bfq_bfqq_wait_request(bfqq)) {
4914                 bool small_req = bfqq->queued[rq_is_sync(rq)] == 1 &&
4915                                  blk_rq_sectors(rq) < 32;
4916                 bool budget_timeout = bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq);
4917
4918                 /*
4919                  * There is just this request queued: if
4920                  * - the request is small, and
4921                  * - we are idling to boost throughput, and
4922                  * - the queue is not to be expired,
4923                  * then just exit.
4924                  *
4925                  * In this way, if the device is being idled to wait
4926                  * for a new request from the in-service queue, we
4927                  * avoid unplugging the device and committing the
4928                  * device to serve just a small request. In contrast
4929                  * we wait for the block layer to decide when to
4930                  * unplug the device: hopefully, new requests will be
4931                  * merged to this one quickly, then the device will be
4932                  * unplugged and larger requests will be dispatched.
4933                  */
4934                 if (small_req && idling_boosts_thr_without_issues(bfqd, bfqq) &&
4935                     !budget_timeout)
4936                         return;
4937
4938                 /*
4939                  * A large enough request arrived, or idling is being
4940                  * performed to preserve service guarantees, or
4941                  * finally the queue is to be expired: in all these
4942                  * cases disk idling is to be stopped, so clear
4943                  * wait_request flag and reset timer.
4944                  */
4945                 bfq_clear_bfqq_wait_request(bfqq);
4946                 hrtimer_try_to_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
4947
4948                 /*
4949                  * The queue is not empty, because a new request just
4950                  * arrived. Hence we can safely expire the queue, in
4951                  * case of budget timeout, without risking that the
4952                  * timestamps of the queue are not updated correctly.
4953                  * See [1] for more details.
4954                  */
4955                 if (budget_timeout)
4956                         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false,
4957                                         BFQQE_BUDGET_TIMEOUT);
4958         }
4959 }
4960
4961 /* returns true if it causes the idle timer to be disabled */
4962 static bool __bfq_insert_request(struct bfq_data *bfqd, struct request *rq)
4963 {
4964         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq),
4965                 *new_bfqq = bfq_setup_cooperator(bfqd, bfqq, rq, true);
4966         bool waiting, idle_timer_disabled = false;
4967
4968         if (new_bfqq) {
4969                 /*
4970                  * Release the request's reference to the old bfqq
4971                  * and make sure one is taken to the shared queue.
4972                  */
4973                 new_bfqq->allocated++;
4974                 bfqq->allocated--;
4975                 new_bfqq->ref++;
4976                 /*
4977                  * If the bic associated with the process
4978                  * issuing this request still points to bfqq
4979                  * (and thus has not been already redirected
4980                  * to new_bfqq or even some other bfq_queue),
4981                  * then complete the merge and redirect it to
4982                  * new_bfqq.
4983                  */
4984                 if (bic_to_bfqq(RQ_BIC(rq), 1) == bfqq)
4985                         bfq_merge_bfqqs(bfqd, RQ_BIC(rq),
4986                                         bfqq, new_bfqq);
4987
4988                 bfq_clear_bfqq_just_created(bfqq);
4989                 /*
4990                  * rq is about to be enqueued into new_bfqq,
4991                  * release rq reference on bfqq
4992                  */
4993                 bfq_put_queue(bfqq);
4994                 rq->elv.priv[1] = new_bfqq;
4995                 bfqq = new_bfqq;
4996         }
4997
4998         waiting = bfqq && bfq_bfqq_wait_request(bfqq);
4999         bfq_add_request(rq);
5000         idle_timer_disabled = waiting && !bfq_bfqq_wait_request(bfqq);
5001
5002         rq->fifo_time = ktime_get_ns() + bfqd->bfq_fifo_expire[rq_is_sync(rq)];
5003         list_add_tail(&rq->queuelist, &bfqq->fifo);
5004
5005         bfq_rq_enqueued(bfqd, bfqq, rq);
5006
5007         return idle_timer_disabled;
5008 }
5009
5010 #if defined(CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED) && defined(CONFIG_DEBUG_BLK_CGROUP)
5011 static void bfq_update_insert_stats(struct request_queue *q,
5012                                     struct bfq_queue *bfqq,
5013                                     bool idle_timer_disabled,
5014                                     unsigned int cmd_flags)
5015 {
5016         if (!bfqq)
5017                 return;
5018
5019         /*
5020          * bfqq still exists, because it can disappear only after
5021          * either it is merged with another queue, or the process it
5022          * is associated with exits. But both actions must be taken by
5023          * the same process currently executing this flow of
5024          * instructions.
5025          *
5026          * In addition, the following queue lock guarantees that
5027          * bfqq_group(bfqq) exists as well.
5028          */
5029         spin_lock_irq(&q->queue_lock);
5030         bfqg_stats_update_io_add(bfqq_group(bfqq), bfqq, cmd_flags);
5031         if (idle_timer_disabled)
5032                 bfqg_stats_update_idle_time(bfqq_group(bfqq));
5033         spin_unlock_irq(&q->queue_lock);
5034 }
5035 #else
5036 static inline void bfq_update_insert_stats(struct request_queue *q,
5037                                            struct bfq_queue *bfqq,
5038                                            bool idle_timer_disabled,
5039                                            unsigned int cmd_flags) {}
5040 #endif
5041
5042 static void bfq_insert_request(struct blk_mq_hw_ctx *hctx, struct request *rq,
5043                                bool at_head)
5044 {
5045         struct request_queue *q = hctx->queue;
5046         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
5047         struct bfq_queue *bfqq;
5048         bool idle_timer_disabled = false;
5049         unsigned int cmd_flags;
5050
5051         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
5052         if (blk_mq_sched_try_insert_merge(q, rq)) {
5053                 spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
5054                 return;
5055         }
5056
5057         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
5058
5059         blk_mq_sched_request_inserted(rq);
5060
5061         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
5062         bfqq = bfq_init_rq(rq);
5063         if (at_head || blk_rq_is_passthrough(rq)) {
5064                 if (at_head)
5065                         list_add(&rq->queuelist, &bfqd->dispatch);
5066                 else
5067                         list_add_tail(&rq->queuelist, &bfqd->dispatch);
5068         } else { /* bfqq is assumed to be non null here */
5069                 idle_timer_disabled = __bfq_insert_request(bfqd, rq);
5070                 /*
5071                  * Update bfqq, because, if a queue merge has occurred
5072                  * in __bfq_insert_request, then rq has been
5073                  * redirected into a new queue.
5074                  */
5075                 bfqq = RQ_BFQQ(rq);
5076
5077                 if (rq_mergeable(rq)) {
5078                         elv_rqhash_add(q, rq);
5079                         if (!q->last_merge)
5080                                 q->last_merge = rq;
5081                 }
5082         }
5083
5084         /*
5085          * Cache cmd_flags before releasing scheduler lock, because rq
5086          * may disappear afterwards (for example, because of a request
5087          * merge).
5088          */
5089         cmd_flags = rq->cmd_flags;
5090
5091         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
5092
5093         bfq_update_insert_stats(q, bfqq, idle_timer_disabled,
5094                                 cmd_flags);
5095 }
5096
5097 static void bfq_insert_requests(struct blk_mq_hw_ctx *hctx,
5098                                 struct list_head *list, bool at_head)
5099 {
5100         while (!list_empty(list)) {
5101                 struct request *rq;
5102
5103                 rq = list_first_entry(list, struct request, queuelist);
5104                 list_del_init(&rq->queuelist);
5105                 bfq_insert_request(hctx, rq, at_head);
5106         }
5107 }
5108
5109 static void bfq_update_hw_tag(struct bfq_data *bfqd)
5110 {
5111         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->in_service_queue;
5112
5113         bfqd->max_rq_in_driver = max_t(int, bfqd->max_rq_in_driver,
5114                                        bfqd->rq_in_driver);
5115
5116         if (bfqd->hw_tag == 1)
5117                 return;
5118
5119         /*
5120          * This sample is valid if the number of outstanding requests
5121          * is large enough to allow a queueing behavior.  Note that the
5122          * sum is not exact, as it's not taking into account deactivated
5123          * requests.
5124          */
5125         if (bfqd->rq_in_driver + bfqd->queued <= BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD)
5126                 return;
5127
5128         /*
5129          * If active queue hasn't enough requests and can idle, bfq might not
5130          * dispatch sufficient requests to hardware. Don't zero hw_tag in this
5131          * case
5132          */
5133         if (bfqq && bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq) &&
5134             bfqq->dispatched + bfqq->queued[0] + bfqq->queued[1] <
5135             BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD &&
5136             bfqd->rq_in_driver < BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD)
5137                 return;
5138
5139         if (bfqd->hw_tag_samples++ < BFQ_HW_QUEUE_SAMPLES)
5140                 return;
5141
5142         bfqd->hw_tag = bfqd->max_rq_in_driver > BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD;
5143         bfqd->max_rq_in_driver = 0;
5144         bfqd->hw_tag_samples = 0;
5145
5146         bfqd->nonrot_with_queueing =
5147                 blk_queue_nonrot(bfqd->queue) && bfqd->hw_tag;
5148 }
5149
5150 static void bfq_completed_request(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_data *bfqd)
5151 {
5152         u64 now_ns;
5153         u32 delta_us;
5154
5155         bfq_update_hw_tag(bfqd);
5156
5157         bfqd->rq_in_driver--;
5158         bfqq->dispatched--;
5159
5160         if (!bfqq->dispatched && !bfq_bfqq_busy(bfqq)) {
5161                 /*
5162                  * Set budget_timeout (which we overload to store the
5163                  * time at which the queue remains with no backlog and
5164                  * no outstanding request; used by the weight-raising
5165                  * mechanism).
5166                  */
5167                 bfqq->budget_timeout = jiffies;
5168
5169                 bfq_weights_tree_remove(bfqd, bfqq);
5170         }
5171
5172         now_ns = ktime_get_ns();
5173
5174         bfqq->ttime.last_end_request = now_ns;
5175
5176         /*
5177          * Using us instead of ns, to get a reasonable precision in
5178          * computing rate in next check.
5179          */
5180         delta_us = div_u64(now_ns - bfqd->last_completion, NSEC_PER_USEC);
5181
5182         /*
5183          * If the request took rather long to complete, and, according
5184          * to the maximum request size recorded, this completion latency
5185          * implies that the request was certainly served at a very low
5186          * rate (less than 1M sectors/sec), then the whole observation
5187          * interval that lasts up to this time instant cannot be a
5188          * valid time interval for computing a new peak rate.  Invoke
5189          * bfq_update_rate_reset to have the following three steps
5190          * taken:
5191          * - close the observation interval at the last (previous)
5192          *   request dispatch or completion
5193          * - compute rate, if possible, for that observation interval
5194          * - reset to zero samples, which will trigger a proper
5195          *   re-initialization of the observation interval on next
5196          *   dispatch
5197          */
5198         if (delta_us > BFQ_MIN_TT/NSEC_PER_USEC &&
5199            (bfqd->last_rq_max_size<<BFQ_RATE_SHIFT)/delta_us <
5200                         1UL<<(BFQ_RATE_SHIFT - 10))
5201                 bfq_update_rate_reset(bfqd, NULL);
5202         bfqd->last_completion = now_ns;
5203
5204         /*
5205          * If we are waiting to discover whether the request pattern
5206          * of the task associated with the queue is actually
5207          * isochronous, and both requisites for this condition to hold
5208          * are now satisfied, then compute soft_rt_next_start (see the
5209          * comments on the function bfq_bfqq_softrt_next_start()). We
5210          * do not compute soft_rt_next_start if bfqq is in interactive
5211          * weight raising (see the comments in bfq_bfqq_expire() for
5212          * an explanation). We schedule this delayed update when bfqq
5213          * expires, if it still has in-flight requests.
5214          */
5215         if (bfq_bfqq_softrt_update(bfqq) && bfqq->dispatched == 0 &&
5216             RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) &&
5217             bfqq->wr_coeff != bfqd->bfq_wr_coeff)
5218                 bfqq->soft_rt_next_start =
5219                         bfq_bfqq_softrt_next_start(bfqd, bfqq);
5220
5221         /*
5222          * If this is the in-service queue, check if it needs to be expired,
5223          * or if we want to idle in case it has no pending requests.
5224          */
5225         if (bfqd->in_service_queue == bfqq) {
5226                 if (bfq_bfqq_must_idle(bfqq)) {
5227                         if (bfqq->dispatched == 0)
5228                                 bfq_arm_slice_timer(bfqd);
5229                         /*
5230                          * If we get here, we do not expire bfqq, even
5231                          * if bfqq was in budget timeout or had no
5232                          * more requests (as controlled in the next
5233                          * conditional instructions). The reason for
5234                          * not expiring bfqq is as follows.
5235                          *
5236                          * Here bfqq->dispatched > 0 holds, but
5237                          * bfq_bfqq_must_idle() returned true. This
5238                          * implies that, even if no request arrives
5239                          * for bfqq before bfqq->dispatched reaches 0,
5240                          * bfqq will, however, not be expired on the
5241                          * completion event that causes bfqq->dispatch
5242                          * to reach zero. In contrast, on this event,
5243                          * bfqq will start enjoying device idling
5244                          * (I/O-dispatch plugging).
5245                          *
5246                          * But, if we expired bfqq here, bfqq would
5247                          * not have the chance to enjoy device idling
5248                          * when bfqq->dispatched finally reaches
5249                          * zero. This would expose bfqq to violation
5250                          * of its reserved service guarantees.
5251                          */
5252                         return;
5253                 } else if (bfq_may_expire_for_budg_timeout(bfqq))
5254                         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false,
5255                                         BFQQE_BUDGET_TIMEOUT);
5256                 else if (RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) &&
5257                          (bfqq->dispatched == 0 ||
5258                           !bfq_better_to_idle(bfqq)))
5259                         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false,
5260                                         BFQQE_NO_MORE_REQUESTS);
5261         }
5262
5263         if (!bfqd->rq_in_driver)
5264                 bfq_schedule_dispatch(bfqd);
5265 }
5266
5267 static void bfq_finish_requeue_request_body(struct bfq_queue *bfqq)
5268 {
5269         bfqq->allocated--;
5270
5271         bfq_put_queue(bfqq);
5272 }
5273
5274 /*
5275  * The processes associated with bfqq may happen to generate their
5276  * cumulative I/O at a lower rate than the rate at which the device
5277  * could serve the same I/O. This is rather probable, e.g., if only
5278  * one process is associated with bfqq and the device is an SSD. It
5279  * results in bfqq becoming often empty while in service. In this
5280  * respect, if BFQ is allowed to switch to another queue when bfqq
5281  * remains empty, then the device goes on being fed with I/O requests,
5282  * and the throughput is not affected. In contrast, if BFQ is not
5283  * allowed to switch to another queue---because bfqq is sync and
5284  * I/O-dispatch needs to be plugged while bfqq is temporarily
5285  * empty---then, during the service of bfqq, there will be frequent
5286  * "service holes", i.e., time intervals during which bfqq gets empty
5287  * and the device can only consume the I/O already queued in its
5288  * hardware queues. During service holes, the device may even get to
5289  * remaining idle. In the end, during the service of bfqq, the device
5290  * is driven at a lower speed than the one it can reach with the kind
5291  * of I/O flowing through bfqq.
5292  *
5293  * To counter this loss of throughput, BFQ implements a "request
5294  * injection mechanism", which tries to fill the above service holes
5295  * with I/O requests taken from other queues. The hard part in this
5296  * mechanism is finding the right amount of I/O to inject, so as to
5297  * both boost throughput and not break bfqq's bandwidth and latency
5298  * guarantees. In this respect, the mechanism maintains a per-queue
5299  * inject limit, computed as below. While bfqq is empty, the injection
5300  * mechanism dispatches extra I/O requests only until the total number
5301  * of I/O requests in flight---i.e., already dispatched but not yet
5302  * completed---remains lower than this limit.
5303  *
5304  * A first definition comes in handy to introduce the algorithm by
5305  * which the inject limit is computed.  We define as first request for
5306  * bfqq, an I/O request for bfqq that arrives while bfqq is in
5307  * service, and causes bfqq to switch from empty to non-empty. The
5308  * algorithm updates the limit as a function of the effect of
5309  * injection on the service times of only the first requests of
5310  * bfqq. The reason for this restriction is that these are the
5311  * requests whose service time is affected most, because they are the
5312  * first to arrive after injection possibly occurred.
5313  *
5314  * To evaluate the effect of injection, the algorithm measures the
5315  * "total service time" of first requests. We define as total service
5316  * time of an I/O request, the time that elapses since when the
5317  * request is enqueued into bfqq, to when it is completed. This
5318  * quantity allows the whole effect of injection to be measured. It is
5319  * easy to see why. Suppose that some requests of other queues are
5320  * actually injected while bfqq is empty, and that a new request R
5321  * then arrives for bfqq. If the device does start to serve all or
5322  * part of the injected requests during the service hole, then,
5323  * because of this extra service, it may delay the next invocation of
5324  * the dispatch hook of BFQ. Then, even after R gets eventually
5325  * dispatched, the device may delay the actual service of R if it is
5326  * still busy serving the extra requests, or if it decides to serve,
5327  * before R, some extra request still present in its queues. As a
5328  * conclusion, the cumulative extra delay caused by injection can be
5329  * easily evaluated by just comparing the total service time of first
5330  * requests with and without injection.
5331  *
5332  * The limit-update algorithm works as follows. On the arrival of a
5333  * first request of bfqq, the algorithm measures the total time of the
5334  * request only if one of the three cases below holds, and, for each
5335  * case, it updates the limit as described below:
5336  *
5337  * (1) If there is no in-flight request. This gives a baseline for the
5338  *     total service time of the requests of bfqq. If the baseline has
5339  *     not been computed yet, then, after computing it, the limit is
5340  *     set to 1, to start boosting throughput, and to prepare the
5341  *     ground for the next case. If the baseline has already been
5342  *     computed, then it is updated, in case it results to be lower
5343  *     than the previous value.
5344  *
5345  * (2) If the limit is higher than 0 and there are in-flight
5346  *     requests. By comparing the total service time in this case with
5347  *     the above baseline, it is possible to know at which extent the
5348  *     current value of the limit is inflating the total service
5349  *     time. If the inflation is below a certain threshold, then bfqq
5350  *     is assumed to be suffering from no perceivable loss of its
5351  *     service guarantees, and the limit is even tentatively
5352  *     increased. If the inflation is above the threshold, then the
5353  *     limit is decreased. Due to the lack of any hysteresis, this
5354  *     logic makes the limit oscillate even in steady workload
5355  *     conditions. Yet we opted for it, because it is fast in reaching
5356  *     the best value for the limit, as a function of the current I/O
5357  *     workload. To reduce oscillations, this step is disabled for a
5358  *     short time interval after the limit happens to be decreased.
5359  *
5360  * (3) Periodically, after resetting the limit, to make sure that the
5361  *     limit eventually drops in case the workload changes. This is
5362  *     needed because, after the limit has gone safely up for a
5363  *     certain workload, it is impossible to guess whether the
5364  *     baseline total service time may have changed, without measuring
5365  *     it again without injection. A more effective version of this
5366  *     step might be to just sample the baseline, by interrupting
5367  *     injection only once, and then to reset/lower the limit only if
5368  *     the total service time with the current limit does happen to be
5369  *     too large.
5370  *
5371  * More details on each step are provided in the comments on the
5372  * pieces of code that implement these steps: the branch handling the
5373  * transition from empty to non empty in bfq_add_request(), the branch
5374  * handling injection in bfq_select_queue(), and the function
5375  * bfq_choose_bfqq_for_injection(). These comments also explain some
5376  * exceptions, made by the injection mechanism in some special cases.
5377  */
5378 static void bfq_update_inject_limit(struct bfq_data *bfqd,
5379                                     struct bfq_queue *bfqq)
5380 {
5381         u64 tot_time_ns = ktime_get_ns() - bfqd->last_empty_occupied_ns;
5382         unsigned int old_limit = bfqq->inject_limit;
5383
5384         if (bfqq->last_serv_time_ns > 0) {
5385                 u64 threshold = (bfqq->last_serv_time_ns * 3)>>1;
5386
5387                 if (tot_time_ns >= threshold && old_limit > 0) {
5388                         bfqq->inject_limit--;
5389                         bfqq->decrease_time_jif = jiffies;
5390                 } else if (tot_time_ns < threshold &&
5391                            old_limit < bfqd->max_rq_in_driver<<1)
5392                         bfqq->inject_limit++;
5393         }
5394
5395         /*
5396          * Either we still have to compute the base value for the
5397          * total service time, and there seem to be the right
5398          * conditions to do it, or we can lower the last base value
5399          * computed.
5400          */
5401         if ((bfqq->last_serv_time_ns == 0 && bfqd->rq_in_driver == 0) ||
5402             tot_time_ns < bfqq->last_serv_time_ns) {
5403                 bfqq->last_serv_time_ns = tot_time_ns;
5404                 /*
5405                  * Now we certainly have a base value: make sure we
5406                  * start trying injection.
5407                  */
5408                 bfqq->inject_limit = max_t(unsigned int, 1, old_limit);
5409         }
5410
5411         /* update complete, not waiting for any request completion any longer */
5412         bfqd->waited_rq = NULL;
5413 }
5414
5415 /*
5416  * Handle either a requeue or a finish for rq. The things to do are
5417  * the same in both cases: all references to rq are to be dropped. In
5418  * particular, rq is considered completed from the point of view of
5419  * the scheduler.
5420  */
5421 static void bfq_finish_requeue_request(struct request *rq)
5422 {
5423         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
5424         struct bfq_data *bfqd;
5425
5426         /*
5427          * Requeue and finish hooks are invoked in blk-mq without
5428          * checking whether the involved request is actually still
5429          * referenced in the scheduler. To handle this fact, the
5430          * following two checks make this function exit in case of
5431          * spurious invocations, for which there is nothing to do.
5432          *
5433          * First, check whether rq has nothing to do with an elevator.
5434          */
5435         if (unlikely(!(rq->rq_flags & RQF_ELVPRIV)))
5436                 return;
5437
5438         /*
5439          * rq either is not associated with any icq, or is an already
5440          * requeued request that has not (yet) been re-inserted into
5441          * a bfq_queue.
5442          */
5443         if (!rq->elv.icq || !bfqq)
5444                 return;
5445
5446         bfqd = bfqq->bfqd;
5447
5448         if (rq->rq_flags & RQF_STARTED)
5449                 bfqg_stats_update_completion(bfqq_group(bfqq),
5450                                              rq->start_time_ns,
5451                                              rq->io_start_time_ns,
5452                                              rq->cmd_flags);
5453
5454         if (likely(rq->rq_flags & RQF_STARTED)) {
5455                 unsigned long flags;
5456
5457                 spin_lock_irqsave(&bfqd->lock, flags);
5458
5459                 if (rq == bfqd->waited_rq)
5460                         bfq_update_inject_limit(bfqd, bfqq);
5461
5462                 bfq_completed_request(bfqq, bfqd);
5463                 bfq_finish_requeue_request_body(bfqq);
5464
5465                 spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
5466         } else {
5467                 /*
5468                  * Request rq may be still/already in the scheduler,
5469                  * in which case we need to remove it (this should
5470                  * never happen in case of requeue). And we cannot
5471                  * defer such a check and removal, to avoid
5472                  * inconsistencies in the time interval from the end
5473                  * of this function to the start of the deferred work.
5474                  * This situation seems to occur only in process
5475                  * context, as a consequence of a merge. In the
5476                  * current version of the code, this implies that the
5477                  * lock is held.
5478                  */
5479
5480                 if (!RB_EMPTY_NODE(&rq->rb_node)) {
5481                         bfq_remove_request(rq->q, rq);
5482                         bfqg_stats_update_io_remove(bfqq_group(bfqq),
5483                                                     rq->cmd_flags);
5484                 }
5485                 bfq_finish_requeue_request_body(bfqq);
5486         }
5487
5488         /*
5489          * Reset private fields. In case of a requeue, this allows
5490          * this function to correctly do nothing if it is spuriously
5491          * invoked again on this same request (see the check at the
5492          * beginning of the function). Probably, a better general
5493          * design would be to prevent blk-mq from invoking the requeue
5494          * or finish hooks of an elevator, for a request that is not
5495          * referred by that elevator.
5496          *
5497          * Resetting the following fields would break the
5498          * request-insertion logic if rq is re-inserted into a bfq
5499          * internal queue, without a re-preparation. Here we assume
5500          * that re-insertions of requeued requests, without
5501          * re-preparation, can happen only for pass_through or at_head
5502          * requests (which are not re-inserted into bfq internal
5503          * queues).
5504          */
5505         rq->elv.priv[0] = NULL;
5506         rq->elv.priv[1] = NULL;
5507 }
5508
5509 /*
5510  * Returns NULL if a new bfqq should be allocated, or the old bfqq if this
5511  * was the last process referring to that bfqq.
5512  */
5513 static struct bfq_queue *
5514 bfq_split_bfqq(struct bfq_io_cq *bic, struct bfq_queue *bfqq)
5515 {
5516         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "splitting queue");
5517
5518         if (bfqq_process_refs(bfqq) == 1) {
5519                 bfqq->pid = current->pid;
5520                 bfq_clear_bfqq_coop(bfqq);
5521                 bfq_clear_bfqq_split_coop(bfqq);
5522                 return bfqq;
5523         }
5524
5525         bic_set_bfqq(bic, NULL, 1);
5526
5527         bfq_put_cooperator(bfqq);
5528
5529         bfq_put_queue(bfqq);
5530         return NULL;
5531 }
5532
5533 static struct bfq_queue *bfq_get_bfqq_handle_split(struct bfq_data *bfqd,
5534                                                    struct bfq_io_cq *bic,
5535                                                    struct bio *bio,
5536                                                    bool split, bool is_sync,
5537                                                    bool *new_queue)
5538 {
5539         struct bfq_queue *bfqq = bic_to_bfqq(bic, is_sync);
5540
5541         if (likely(bfqq && bfqq != &bfqd->oom_bfqq))
5542                 return bfqq;
5543
5544         if (new_queue)
5545                 *new_queue = true;
5546
5547         if (bfqq)
5548                 bfq_put_queue(bfqq);
5549         bfqq = bfq_get_queue(bfqd, bio, is_sync, bic);
5550
5551         bic_set_bfqq(bic, bfqq, is_sync);
5552         if (split && is_sync) {
5553                 if ((bic->was_in_burst_list && bfqd->large_burst) ||
5554                     bic->saved_in_large_burst)
5555                         bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq);
5556                 else {
5557                         bfq_clear_bfqq_in_large_burst(bfqq);
5558                         if (bic->was_in_burst_list)
5559                                 /*
5560                                  * If bfqq was in the current
5561                                  * burst list before being
5562                                  * merged, then we have to add
5563                                  * it back. And we do not need
5564                                  * to increase burst_size, as
5565                                  * we did not decrement
5566                                  * burst_size when we removed
5567                                  * bfqq from the burst list as
5568                                  * a consequence of a merge
5569                                  * (see comments in
5570                                  * bfq_put_queue). In this
5571                                  * respect, it would be rather
5572                                  * costly to know whether the
5573                                  * current burst list is still
5574                                  * the same burst list from
5575                                  * which bfqq was removed on
5576                                  * the merge. To avoid this
5577                                  * cost, if bfqq was in a
5578                                  * burst list, then we add
5579                                  * bfqq to the current burst
5580                                  * list without any further
5581                                  * check. This can cause
5582                                  * inappropriate insertions,
5583                                  * but rarely enough to not
5584                                  * harm the detection of large
5585                                  * bursts significantly.
5586                                  */
5587                                 hlist_add_head(&bfqq->burst_list_node,
5588                                                &bfqd->burst_list);
5589                 }
5590                 bfqq->split_time = jiffies;
5591         }
5592
5593         return bfqq;
5594 }
5595
5596 /*
5597  * Only reset private fields. The actual request preparation will be
5598  * performed by bfq_init_rq, when rq is either inserted or merged. See
5599  * comments on bfq_init_rq for the reason behind this delayed
5600  * preparation.
5601  */
5602 static void bfq_prepare_request(struct request *rq, struct bio *bio)
5603 {
5604         /*
5605          * Regardless of whether we have an icq attached, we have to
5606          * clear the scheduler pointers, as they might point to
5607          * previously allocated bic/bfqq structs.
5608          */
5609         rq->elv.priv[0] = rq->elv.priv[1] = NULL;
5610 }
5611
5612 /*
5613  * If needed, init rq, allocate bfq data structures associated with
5614  * rq, and increment reference counters in the destination bfq_queue
5615  * for rq. Return the destination bfq_queue for rq, or NULL is rq is
5616  * not associated with any bfq_queue.
5617  *
5618  * This function is invoked by the functions that perform rq insertion
5619  * or merging. One may have expected the above preparation operations
5620  * to be performed in bfq_prepare_request, and not delayed to when rq
5621  * is inserted or merged. The rationale behind this delayed
5622  * preparation is that, after the prepare_request hook is invoked for
5623  * rq, rq may still be transformed into a request with no icq, i.e., a
5624  * request not associated with any queue. No bfq hook is invoked to
5625  * signal this transformation. As a consequence, should these
5626  * preparation operations be performed when the prepare_request hook
5627  * is invoked, and should rq be transformed one moment later, bfq
5628  * would end up in an inconsistent state, because it would have
5629  * incremented some queue counters for an rq destined to
5630  * transformation, without any chance to correctly lower these
5631  * counters back. In contrast, no transformation can still happen for
5632  * rq after rq has been inserted or merged. So, it is safe to execute
5633  * these preparation operations when rq is finally inserted or merged.
5634  */
5635 static struct bfq_queue *bfq_init_rq(struct request *rq)
5636 {
5637         struct request_queue *q = rq->q;
5638         struct bio *bio = rq->bio;
5639         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
5640         struct bfq_io_cq *bic;
5641         const int is_sync = rq_is_sync(rq);
5642         struct bfq_queue *bfqq;
5643         bool new_queue = false;
5644         bool bfqq_already_existing = false, split = false;
5645
5646         if (unlikely(!rq->elv.icq))
5647                 return NULL;
5648
5649         /*
5650          * Assuming that elv.priv[1] is set only if everything is set
5651          * for this rq. This holds true, because this function is
5652          * invoked only for insertion or merging, and, after such
5653          * events, a request cannot be manipulated any longer before
5654          * being removed from bfq.
5655          */
5656         if (rq->elv.priv[1])
5657                 return rq->elv.priv[1];
5658
5659         bic = icq_to_bic(rq->elv.icq);
5660
5661         bfq_check_ioprio_change(bic, bio);
5662
5663         bfq_bic_update_cgroup(bic, bio);
5664
5665         bfqq = bfq_get_bfqq_handle_split(bfqd, bic, bio, false, is_sync,
5666                                          &new_queue);
5667
5668         if (likely(!new_queue)) {
5669                 /* If the queue was seeky for too long, break it apart. */
5670                 if (bfq_bfqq_coop(bfqq) && bfq_bfqq_split_coop(bfqq)) {
5671                         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "breaking apart bfqq");
5672
5673                         /* Update bic before losing reference to bfqq */
5674                         if (bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq))
5675                                 bic->saved_in_large_burst = true;
5676
5677                         bfqq = bfq_split_bfqq(bic, bfqq);
5678                         split = true;
5679
5680                         if (!bfqq)
5681                                 bfqq = bfq_get_bfqq_handle_split(bfqd, bic, bio,
5682                                                                  true, is_sync,
5683                                                                  NULL);
5684                         else
5685                                 bfqq_already_existing = true;
5686                 }
5687         }
5688
5689         bfqq->allocated++;
5690         bfqq->ref++;
5691         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "get_request %p: bfqq %p, %d",
5692                      rq, bfqq, bfqq->ref);
5693
5694         rq->elv.priv[0] = bic;
5695         rq->elv.priv[1] = bfqq;
5696
5697         /*
5698          * If a bfq_queue has only one process reference, it is owned
5699          * by only this bic: we can then set bfqq->bic = bic. in
5700          * addition, if the queue has also just been split, we have to
5701          * resume its state.
5702          */
5703         if (likely(bfqq != &bfqd->oom_bfqq) && bfqq_process_refs(bfqq) == 1) {
5704                 bfqq->bic = bic;
5705                 if (split) {
5706                         /*
5707                          * The queue has just been split from a shared
5708                          * queue: restore the idle window and the
5709                          * possible weight raising period.
5710                          */
5711                         bfq_bfqq_resume_state(bfqq, bfqd, bic,
5712                                               bfqq_already_existing);
5713                 }
5714         }
5715
5716         /*
5717          * Consider bfqq as possibly belonging to a burst of newly
5718          * created queues only if:
5719          * 1) A burst is actually happening (bfqd->burst_size > 0)
5720          * or
5721          * 2) There is no other active queue. In fact, if, in
5722          *    contrast, there are active queues not belonging to the
5723          *    possible burst bfqq may belong to, then there is no gain
5724          *    in considering bfqq as belonging to a burst, and
5725          *    therefore in not weight-raising bfqq. See comments on
5726          *    bfq_handle_burst().
5727          *
5728          * This filtering also helps eliminating false positives,
5729          * occurring when bfqq does not belong to an actual large
5730          * burst, but some background task (e.g., a service) happens
5731          * to trigger the creation of new queues very close to when
5732          * bfqq and its possible companion queues are created. See
5733          * comments on bfq_handle_burst() for further details also on
5734          * this issue.
5735          */
5736         if (unlikely(bfq_bfqq_just_created(bfqq) &&
5737                      (bfqd->burst_size > 0 ||
5738                       bfq_tot_busy_queues(bfqd) == 0)))
5739                 bfq_handle_burst(bfqd, bfqq);
5740
5741         return bfqq;
5742 }
5743
5744 static void bfq_idle_slice_timer_body(struct bfq_queue *bfqq)
5745 {
5746         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
5747         enum bfqq_expiration reason;
5748         unsigned long flags;
5749
5750         spin_lock_irqsave(&bfqd->lock, flags);
5751         bfq_clear_bfqq_wait_request(bfqq);
5752
5753         if (bfqq != bfqd->in_service_queue) {
5754                 spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
5755                 return;
5756         }
5757
5758         if (bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq))
5759                 /*
5760                  * Also here the queue can be safely expired
5761                  * for budget timeout without wasting
5762                  * guarantees
5763                  */
5764                 reason = BFQQE_BUDGET_TIMEOUT;
5765         else if (bfqq->queued[0] == 0 && bfqq->queued[1] == 0)
5766                 /*
5767                  * The queue may not be empty upon timer expiration,
5768                  * because we may not disable the timer when the
5769                  * first request of the in-service queue arrives
5770                  * during disk idling.
5771                  */
5772                 reason = BFQQE_TOO_IDLE;
5773         else
5774                 goto schedule_dispatch;
5775
5776         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, true, reason);
5777
5778 schedule_dispatch:
5779         spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
5780         bfq_schedule_dispatch(bfqd);
5781 }
5782
5783 /*
5784  * Handler of the expiration of the timer running if the in-service queue
5785  * is idling inside its time slice.
5786  */
5787 static enum hrtimer_restart bfq_idle_slice_timer(struct hrtimer *timer)
5788 {
5789         struct bfq_data *bfqd = container_of(timer, struct bfq_data,
5790                                              idle_slice_timer);
5791         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->in_service_queue;
5792
5793         /*
5794          * Theoretical race here: the in-service queue can be NULL or
5795          * different from the queue that was idling if a new request
5796          * arrives for the current queue and there is a full dispatch
5797          * cycle that changes the in-service queue.  This can hardly
5798          * happen, but in the worst case we just expire a queue too
5799          * early.
5800          */
5801         if (bfqq)
5802                 bfq_idle_slice_timer_body(bfqq);
5803
5804         return HRTIMER_NORESTART;
5805 }
5806
5807 static void __bfq_put_async_bfqq(struct bfq_data *bfqd,
5808                                  struct bfq_queue **bfqq_ptr)
5809 {
5810         struct bfq_queue *bfqq = *bfqq_ptr;
5811
5812         bfq_log(bfqd, "put_async_bfqq: %p", bfqq);
5813         if (bfqq) {
5814                 bfq_bfqq_move(bfqd, bfqq, bfqd->root_group);
5815
5816                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "put_async_bfqq: putting %p, %d",
5817                              bfqq, bfqq->ref);
5818                 bfq_put_queue(bfqq);
5819                 *bfqq_ptr = NULL;
5820         }
5821 }
5822
5823 /*
5824  * Release all the bfqg references to its async queues.  If we are
5825  * deallocating the group these queues may still contain requests, so
5826  * we reparent them to the root cgroup (i.e., the only one that will
5827  * exist for sure until all the requests on a device are gone).
5828  */
5829 void bfq_put_async_queues(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_group *bfqg)
5830 {
5831         int i, j;
5832
5833         for (i = 0; i < 2; i++)
5834                 for (j = 0; j < IOPRIO_BE_NR; j++)
5835                         __bfq_put_async_bfqq(bfqd, &bfqg->async_bfqq[i][j]);
5836
5837         __bfq_put_async_bfqq(bfqd, &bfqg->async_idle_bfqq);
5838 }
5839
5840 /*
5841  * See the comments on bfq_limit_depth for the purpose of
5842  * the depths set in the function. Return minimum shallow depth we'll use.
5843  */
5844 static unsigned int bfq_update_depths(struct bfq_data *bfqd,
5845                                       struct sbitmap_queue *bt)
5846 {
5847         unsigned int i, j, min_shallow = UINT_MAX;
5848
5849         /*
5850          * In-word depths if no bfq_queue is being weight-raised:
5851          * leaving 25% of tags only for sync reads.
5852          *
5853          * In next formulas, right-shift the value
5854          * (1U<<bt->sb.shift), instead of computing directly
5855          * (1U<<(bt->sb.shift - something)), to be robust against
5856          * any possible value of bt->sb.shift, without having to
5857          * limit 'something'.
5858          */
5859         /* no more than 50% of tags for async I/O */
5860         bfqd->word_depths[0][0] = max((1U << bt->sb.shift) >> 1, 1U);
5861         /*
5862          * no more than 75% of tags for sync writes (25% extra tags
5863          * w.r.t. async I/O, to prevent async I/O from starving sync
5864          * writes)
5865          */
5866         bfqd->word_depths[0][1] = max(((1U << bt->sb.shift) * 3) >> 2, 1U);
5867
5868         /*
5869          * In-word depths in case some bfq_queue is being weight-
5870          * raised: leaving ~63% of tags for sync reads. This is the
5871          * highest percentage for which, in our tests, application
5872          * start-up times didn't suffer from any regression due to tag
5873          * shortage.
5874          */
5875         /* no more than ~18% of tags for async I/O */
5876         bfqd->word_depths[1][0] = max(((1U << bt->sb.shift) * 3) >> 4, 1U);
5877         /* no more than ~37% of tags for sync writes (~20% extra tags) */
5878         bfqd->word_depths[1][1] = max(((1U << bt->sb.shift) * 6) >> 4, 1U);
5879
5880         for (i = 0; i < 2; i++)
5881                 for (j = 0; j < 2; j++)
5882                         min_shallow = min(min_shallow, bfqd->word_depths[i][j]);
5883
5884         return min_shallow;
5885 }
5886
5887 static void bfq_depth_updated(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
5888 {
5889         struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
5890         struct blk_mq_tags *tags = hctx->sched_tags;
5891         unsigned int min_shallow;
5892
5893         min_shallow = bfq_update_depths(bfqd, &tags->bitmap_tags);
5894         sbitmap_queue_min_shallow_depth(&tags->bitmap_tags, min_shallow);
5895 }
5896
5897 static int bfq_init_hctx(struct blk_mq_hw_ctx *hctx, unsigned int index)
5898 {
5899         bfq_depth_updated(hctx);
5900         return 0;
5901 }
5902
5903 static void bfq_exit_queue(struct elevator_queue *e)
5904 {
5905         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
5906         struct bfq_queue *bfqq, *n;
5907
5908         hrtimer_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
5909
5910         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
5911         list_for_each_entry_safe(bfqq, n, &bfqd->idle_list, bfqq_list)
5912                 bfq_deactivate_bfqq(bfqd, bfqq, false, false);
5913         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
5914
5915         hrtimer_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
5916
5917 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
5918         /* release oom-queue reference to root group */
5919         bfqg_and_blkg_put(bfqd->root_group);
5920
5921         blkcg_deactivate_policy(bfqd->queue, &blkcg_policy_bfq);
5922 #else
5923         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
5924         bfq_put_async_queues(bfqd, bfqd->root_group);
5925         kfree(bfqd->root_group);
5926         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
5927 #endif
5928
5929         kfree(bfqd);
5930 }
5931
5932 static void bfq_init_root_group(struct bfq_group *root_group,
5933                                 struct bfq_data *bfqd)
5934 {
5935         int i;
5936
5937 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
5938         root_group->entity.parent = NULL;
5939         root_group->my_entity = NULL;
5940         root_group->bfqd = bfqd;
5941 #endif
5942         root_group->rq_pos_tree = RB_ROOT;
5943         for (i = 0; i < BFQ_IOPRIO_CLASSES; i++)
5944                 root_group->sched_data.service_tree[i] = BFQ_SERVICE_TREE_INIT;
5945         root_group->sched_data.bfq_class_idle_last_service = jiffies;
5946 }
5947
5948 static int bfq_init_queue(struct request_queue *q, struct elevator_type *e)
5949 {
5950         struct bfq_data *bfqd;
5951         struct elevator_queue *eq;
5952
5953         eq = elevator_alloc(q, e);
5954         if (!eq)
5955                 return -ENOMEM;
5956
5957         bfqd = kzalloc_node(sizeof(*bfqd), GFP_KERNEL, q->node);
5958         if (!bfqd) {
5959                 kobject_put(&eq->kobj);
5960                 return -ENOMEM;
5961         }
5962         eq->elevator_data = bfqd;
5963
5964         spin_lock_irq(&q->queue_lock);
5965         q->elevator = eq;
5966         spin_unlock_irq(&q->queue_lock);
5967
5968         /*
5969          * Our fallback bfqq if bfq_find_alloc_queue() runs into OOM issues.
5970          * Grab a permanent reference to it, so that the normal code flow
5971          * will not attempt to free it.
5972          */
5973         bfq_init_bfqq(bfqd, &bfqd->oom_bfqq, NULL, 1, 0);
5974         bfqd->oom_bfqq.ref++;
5975         bfqd->oom_bfqq.new_ioprio = BFQ_DEFAULT_QUEUE_IOPRIO;
5976         bfqd->oom_bfqq.new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_BE;
5977         bfqd->oom_bfqq.entity.new_weight =
5978                 bfq_ioprio_to_weight(bfqd->oom_bfqq.new_ioprio);
5979
5980         /* oom_bfqq does not participate to bursts */
5981         bfq_clear_bfqq_just_created(&bfqd->oom_bfqq);
5982
5983         /*
5984          * Trigger weight initialization, according to ioprio, at the
5985          * oom_bfqq's first activation. The oom_bfqq's ioprio and ioprio
5986          * class won't be changed any more.
5987          */
5988         bfqd->oom_bfqq.entity.prio_changed = 1;
5989
5990         bfqd->queue = q;
5991
5992         INIT_LIST_HEAD(&bfqd->dispatch);
5993
5994         hrtimer_init(&bfqd->idle_slice_timer, CLOCK_MONOTONIC,
5995                      HRTIMER_MODE_REL);
5996         bfqd->idle_slice_timer.function = bfq_idle_slice_timer;
5997
5998         bfqd->queue_weights_tree = RB_ROOT_CACHED;
5999         bfqd->num_groups_with_pending_reqs = 0;
6000
6001         INIT_LIST_HEAD(&bfqd->active_list);
6002         INIT_LIST_HEAD(&bfqd->idle_list);
6003         INIT_HLIST_HEAD(&bfqd->burst_list);
6004
6005         bfqd->hw_tag = -1;
6006         bfqd->nonrot_with_queueing = blk_queue_nonrot(bfqd->queue);
6007
6008         bfqd->bfq_max_budget = bfq_default_max_budget;
6009
6010         bfqd->bfq_fifo_expire[0] = bfq_fifo_expire[0];
6011         bfqd->bfq_fifo_expire[1] = bfq_fifo_expire[1];
6012         bfqd->bfq_back_max = bfq_back_max;
6013         bfqd->bfq_back_penalty = bfq_back_penalty;
6014         bfqd->bfq_slice_idle = bfq_slice_idle;
6015         bfqd->bfq_timeout = bfq_timeout;
6016
6017         bfqd->bfq_requests_within_timer = 120;
6018
6019         bfqd->bfq_large_burst_thresh = 8;
6020         bfqd->bfq_burst_interval = msecs_to_jiffies(180);
6021
6022         bfqd->low_latency = true;
6023
6024         /*
6025          * Trade-off between responsiveness and fairness.
6026          */
6027         bfqd->bfq_wr_coeff = 30;
6028         bfqd->bfq_wr_rt_max_time = msecs_to_jiffies(300);
6029         bfqd->bfq_wr_max_time = 0;
6030         bfqd->bfq_wr_min_idle_time = msecs_to_jiffies(2000);
6031         bfqd->bfq_wr_min_inter_arr_async = msecs_to_jiffies(500);
6032         bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate = 7000; /*
6033                                               * Approximate rate required
6034                                               * to playback or record a
6035                                               * high-definition compressed
6036                                               * video.
6037                                               */
6038         bfqd->wr_busy_queues = 0;
6039
6040         /*
6041          * Begin by assuming, optimistically, that the device peak
6042          * rate is equal to 2/3 of the highest reference rate.
6043          */
6044         bfqd->rate_dur_prod = ref_rate[blk_queue_nonrot(bfqd->queue)] *
6045                 ref_wr_duration[blk_queue_nonrot(bfqd->queue)];
6046         bfqd->peak_rate = ref_rate[blk_queue_nonrot(bfqd->queue)] * 2 / 3;
6047
6048         spin_lock_init(&bfqd->lock);
6049
6050         /*
6051          * The invocation of the next bfq_create_group_hierarchy
6052          * function is the head of a chain of function calls
6053          * (bfq_create_group_hierarchy->blkcg_activate_policy->
6054          * blk_mq_freeze_queue) that may lead to the invocation of the
6055          * has_work hook function. For this reason,
6056          * bfq_create_group_hierarchy is invoked only after all
6057          * scheduler data has been initialized, apart from the fields
6058          * that can be initialized only after invoking
6059          * bfq_create_group_hierarchy. This, in particular, enables
6060          * has_work to correctly return false. Of course, to avoid
6061          * other inconsistencies, the blk-mq stack must then refrain
6062          * from invoking further scheduler hooks before this init
6063          * function is finished.
6064          */
6065         bfqd->root_group = bfq_create_group_hierarchy(bfqd, q->node);
6066         if (!bfqd->root_group)
6067                 goto out_free;
6068         bfq_init_root_group(bfqd->root_group, bfqd);
6069         bfq_init_entity(&bfqd->oom_bfqq.entity, bfqd->root_group);
6070
6071         wbt_disable_default(q);
6072         return 0;
6073
6074 out_free:
6075         kfree(bfqd);
6076         kobject_put(&eq->kobj);
6077         return -ENOMEM;
6078 }
6079
6080 static void bfq_slab_kill(void)
6081 {
6082         kmem_cache_destroy(bfq_pool);
6083 }
6084
6085 static int __init bfq_slab_setup(void)
6086 {
6087         bfq_pool = KMEM_CACHE(bfq_queue, 0);
6088         if (!bfq_pool)
6089                 return -ENOMEM;
6090         return 0;
6091 }
6092
6093 static ssize_t bfq_var_show(unsigned int var, char *page)
6094 {
6095         return sprintf(page, "%u\n", var);
6096 }
6097
6098 static int bfq_var_store(unsigned long *var, const char *page)
6099 {
6100         unsigned long new_val;
6101         int ret = kstrtoul(page, 10, &new_val);
6102
6103         if (ret)
6104                 return ret;
6105         *var = new_val;
6106         return 0;
6107 }
6108
6109 #define SHOW_FUNCTION(__FUNC, __VAR, __CONV)                            \
6110 static ssize_t __FUNC(struct elevator_queue *e, char *page)             \
6111 {                                                                       \
6112         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
6113         u64 __data = __VAR;                                             \
6114         if (__CONV == 1)                                                \
6115                 __data = jiffies_to_msecs(__data);                      \
6116         else if (__CONV == 2)                                           \
6117                 __data = div_u64(__data, NSEC_PER_MSEC);                \
6118         return bfq_var_show(__data, (page));                            \
6119 }
6120 SHOW_FUNCTION(bfq_fifo_expire_sync_show, bfqd->bfq_fifo_expire[1], 2);
6121 SHOW_FUNCTION(bfq_fifo_expire_async_show, bfqd->bfq_fifo_expire[0], 2);
6122 SHOW_FUNCTION(bfq_back_seek_max_show, bfqd->bfq_back_max, 0);
6123 SHOW_FUNCTION(bfq_back_seek_penalty_show, bfqd->bfq_back_penalty, 0);
6124 SHOW_FUNCTION(bfq_slice_idle_show, bfqd->bfq_slice_idle, 2);
6125 SHOW_FUNCTION(bfq_max_budget_show, bfqd->bfq_user_max_budget, 0);
6126 SHOW_FUNCTION(bfq_timeout_sync_show, bfqd->bfq_timeout, 1);
6127 SHOW_FUNCTION(bfq_strict_guarantees_show, bfqd->strict_guarantees, 0);
6128 SHOW_FUNCTION(bfq_low_latency_show, bfqd->low_latency, 0);
6129 #undef SHOW_FUNCTION
6130
6131 #define USEC_SHOW_FUNCTION(__FUNC, __VAR)                               \
6132 static ssize_t __FUNC(struct elevator_queue *e, char *page)             \
6133 {                                                                       \
6134         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
6135         u64 __data = __VAR;                                             \
6136         __data = div_u64(__data, NSEC_PER_USEC);                        \
6137         return bfq_var_show(__data, (page));                            \
6138 }
6139 USEC_SHOW_FUNCTION(bfq_slice_idle_us_show, bfqd->bfq_slice_idle);
6140 #undef USEC_SHOW_FUNCTION
6141
6142 #define STORE_FUNCTION(__FUNC, __PTR, MIN, MAX, __CONV)                 \
6143 static ssize_t                                                          \
6144 __FUNC(struct elevator_queue *e, const char *page, size_t count)        \
6145 {                                                                       \
6146         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
6147         unsigned long __data, __min = (MIN), __max = (MAX);             \
6148         int ret;                                                        \
6149                                                                         \
6150         ret = bfq_var_store(&__data, (page));                           \
6151         if (ret)                                                        \
6152                 return ret;                                             \
6153         if (__data < __min)                                             \
6154                 __data = __min;                                         \
6155         else if (__data > __max)                                        \
6156                 __data = __max;                                         \
6157         if (__CONV == 1)                                                \
6158                 *(__PTR) = msecs_to_jiffies(__data);                    \
6159         else if (__CONV == 2)                                           \
6160                 *(__PTR) = (u64)__data * NSEC_PER_MSEC;                 \
6161         else                                                            \
6162                 *(__PTR) = __data;                                      \
6163         return count;                                                   \
6164 }
6165 STORE_FUNCTION(bfq_fifo_expire_sync_store, &bfqd->bfq_fifo_expire[1], 1,
6166                 INT_MAX, 2);
6167 STORE_FUNCTION(bfq_fifo_expire_async_store, &bfqd->bfq_fifo_expire[0], 1,
6168                 INT_MAX, 2);
6169 STORE_FUNCTION(bfq_back_seek_max_store, &bfqd->bfq_back_max, 0, INT_MAX, 0);
6170 STORE_FUNCTION(bfq_back_seek_penalty_store, &bfqd->bfq_back_penalty, 1,
6171                 INT_MAX, 0);
6172 STORE_FUNCTION(bfq_slice_idle_store, &bfqd->bfq_slice_idle, 0, INT_MAX, 2);
6173 #undef STORE_FUNCTION
6174
6175 #define USEC_STORE_FUNCTION(__FUNC, __PTR, MIN, MAX)                    \
6176 static ssize_t __FUNC(struct elevator_queue *e, const char *page, size_t count)\
6177 {                                                                       \
6178         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
6179         unsigned long __data, __min = (MIN), __max = (MAX);             \
6180         int ret;                                                        \
6181                                                                         \
6182         ret = bfq_var_store(&__data, (page));                           \
6183         if (ret)                                                        \
6184                 return ret;                                             \
6185         if (__data < __min)                                             \
6186                 __data = __min;                                         \
6187         else if (__data > __max)                                        \
6188                 __data = __max;                                         \
6189         *(__PTR) = (u64)__data * NSEC_PER_USEC;                         \
6190         return count;                                                   \
6191 }
6192 USEC_STORE_FUNCTION(bfq_slice_idle_us_store, &bfqd->bfq_slice_idle, 0,
6193                     UINT_MAX);
6194 #undef USEC_STORE_FUNCTION
6195
6196 static ssize_t bfq_max_budget_store(struct elevator_queue *e,
6197                                     const char *page, size_t count)
6198 {
6199         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
6200         unsigned long __data;
6201         int ret;
6202
6203         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
6204         if (ret)
6205                 return ret;
6206
6207         if (__data == 0)
6208                 bfqd->bfq_max_budget = bfq_calc_max_budget(bfqd);
6209         else {
6210                 if (__data > INT_MAX)
6211                         __data = INT_MAX;
6212                 bfqd->bfq_max_budget = __data;
6213         }
6214
6215         bfqd->bfq_user_max_budget = __data;
6216
6217         return count;
6218 }
6219
6220 /*
6221  * Leaving this name to preserve name compatibility with cfq
6222  * parameters, but this timeout is used for both sync and async.
6223  */
6224 static ssize_t bfq_timeout_sync_store(struct elevator_queue *e,
6225                                       const char *page, size_t count)
6226 {
6227         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
6228         unsigned long __data;
6229         int ret;
6230
6231         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
6232         if (ret)
6233                 return ret;
6234
6235         if (__data < 1)
6236                 __data = 1;
6237         else if (__data > INT_MAX)
6238                 __data = INT_MAX;
6239
6240         bfqd->bfq_timeout = msecs_to_jiffies(__data);
6241         if (bfqd->bfq_user_max_budget == 0)
6242                 bfqd->bfq_max_budget = bfq_calc_max_budget(bfqd);
6243
6244         return count;
6245 }
6246
6247 static ssize_t bfq_strict_guarantees_store(struct elevator_queue *e,
6248                                      const char *page, size_t count)
6249 {
6250         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
6251         unsigned long __data;
6252         int ret;
6253
6254         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
6255         if (ret)
6256                 return ret;
6257
6258         if (__data > 1)
6259                 __data = 1;
6260         if (!bfqd->strict_guarantees && __data == 1
6261             && bfqd->bfq_slice_idle < 8 * NSEC_PER_MSEC)
6262                 bfqd->bfq_slice_idle = 8 * NSEC_PER_MSEC;
6263
6264         bfqd->strict_guarantees = __data;
6265
6266         return count;
6267 }
6268
6269 static ssize_t bfq_low_latency_store(struct elevator_queue *e,
6270                                      const char *page, size_t count)
6271 {
6272         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
6273         unsigned long __data;
6274         int ret;
6275
6276         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
6277         if (ret)
6278                 return ret;
6279
6280         if (__data > 1)
6281                 __data = 1;
6282         if (__data == 0 && bfqd->low_latency != 0)
6283                 bfq_end_wr(bfqd);
6284         bfqd->low_latency = __data;
6285
6286         return count;
6287 }
6288
6289 #define BFQ_ATTR(name) \
6290         __ATTR(name, 0644, bfq_##name##_show, bfq_##name##_store)
6291
6292 static struct elv_fs_entry bfq_attrs[] = {
6293         BFQ_ATTR(fifo_expire_sync),
6294         BFQ_ATTR(fifo_expire_async),
6295         BFQ_ATTR(back_seek_max),
6296         BFQ_ATTR(back_seek_penalty),
6297         BFQ_ATTR(slice_idle),
6298         BFQ_ATTR(slice_idle_us),
6299         BFQ_ATTR(max_budget),
6300         BFQ_ATTR(timeout_sync),
6301         BFQ_ATTR(strict_guarantees),
6302         BFQ_ATTR(low_latency),
6303         __ATTR_NULL
6304 };
6305
6306 static struct elevator_type iosched_bfq_mq = {
6307         .ops = {
6308                 .limit_depth            = bfq_limit_depth,
6309                 .prepare_request        = bfq_prepare_request,
6310                 .requeue_request        = bfq_finish_requeue_request,
6311                 .finish_request         = bfq_finish_requeue_request,
6312                 .exit_icq               = bfq_exit_icq,
6313                 .insert_requests        = bfq_insert_requests,
6314                 .dispatch_request       = bfq_dispatch_request,
6315                 .next_request           = elv_rb_latter_request,
6316                 .former_request         = elv_rb_former_request,
6317                 .allow_merge            = bfq_allow_bio_merge,
6318                 .bio_merge              = bfq_bio_merge,
6319                 .request_merge          = bfq_request_merge,
6320                 .requests_merged        = bfq_requests_merged,
6321                 .request_merged         = bfq_request_merged,
6322                 .has_work               = bfq_has_work,
6323                 .depth_updated          = bfq_depth_updated,
6324                 .init_hctx              = bfq_init_hctx,
6325                 .init_sched             = bfq_init_queue,
6326                 .exit_sched             = bfq_exit_queue,
6327         },
6328
6329         .icq_size =             sizeof(struct bfq_io_cq),
6330         .icq_align =            __alignof__(struct bfq_io_cq),
6331         .elevator_attrs =       bfq_attrs,
6332         .elevator_name =        "bfq",
6333         .elevator_owner =       THIS_MODULE,
6334 };
6335 MODULE_ALIAS("bfq-iosched");
6336
6337 static int __init bfq_init(void)
6338 {
6339         int ret;
6340
6341 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
6342         ret = blkcg_policy_register(&blkcg_policy_bfq);
6343         if (ret)
6344                 return ret;
6345 #endif
6346
6347         ret = -ENOMEM;
6348         if (bfq_slab_setup())
6349                 goto err_pol_unreg;
6350
6351         /*
6352          * Times to load large popular applications for the typical
6353          * systems installed on the reference devices (see the
6354          * comments before the definition of the next
6355          * array). Actually, we use slightly lower values, as the
6356          * estimated peak rate tends to be smaller than the actual
6357          * peak rate.  The reason for this last fact is that estimates
6358          * are computed over much shorter time intervals than the long
6359          * intervals typically used for benchmarking. Why? First, to
6360          * adapt more quickly to variations. Second, because an I/O
6361          * scheduler cannot rely on a peak-rate-evaluation workload to
6362          * be run for a long time.
6363          */
6364         ref_wr_duration[0] = msecs_to_jiffies(7000); /* actually 8 sec */
6365         ref_wr_duration[1] = msecs_to_jiffies(2500); /* actually 3 sec */
6366
6367         ret = elv_register(&iosched_bfq_mq);
6368         if (ret)
6369                 goto slab_kill;
6370
6371         return 0;
6372
6373 slab_kill:
6374         bfq_slab_kill();
6375 err_pol_unreg:
6376 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
6377         blkcg_policy_unregister(&blkcg_policy_bfq);
6378 #endif
6379         return ret;
6380 }
6381
6382 static void __exit bfq_exit(void)
6383 {
6384         elv_unregister(&iosched_bfq_mq);
6385 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
6386         blkcg_policy_unregister(&blkcg_policy_bfq);
6387 #endif
6388         bfq_slab_kill();
6389 }
6390
6391 module_init(bfq_init);
6392 module_exit(bfq_exit);
6393
6394 MODULE_AUTHOR("Paolo Valente");
6395 MODULE_LICENSE("GPL");
6396 MODULE_DESCRIPTION("MQ Budget Fair Queueing I/O Scheduler");