Merge branch 'i2c/for-4.18' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/wsa...
[sfrench/cifs-2.6.git] / block / bfq-iosched.c
1 /*
2  * Budget Fair Queueing (BFQ) I/O scheduler.
3  *
4  * Based on ideas and code from CFQ:
5  * Copyright (C) 2003 Jens Axboe <axboe@kernel.dk>
6  *
7  * Copyright (C) 2008 Fabio Checconi <fabio@gandalf.sssup.it>
8  *                    Paolo Valente <paolo.valente@unimore.it>
9  *
10  * Copyright (C) 2010 Paolo Valente <paolo.valente@unimore.it>
11  *                    Arianna Avanzini <avanzini@google.com>
12  *
13  * Copyright (C) 2017 Paolo Valente <paolo.valente@linaro.org>
14  *
15  *  This program is free software; you can redistribute it and/or
16  *  modify it under the terms of the GNU General Public License as
17  *  published by the Free Software Foundation; either version 2 of the
18  *  License, or (at your option) any later version.
19  *
20  *  This program is distributed in the hope that it will be useful,
21  *  but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
22  *  MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
23  *  General Public License for more details.
24  *
25  * BFQ is a proportional-share I/O scheduler, with some extra
26  * low-latency capabilities. BFQ also supports full hierarchical
27  * scheduling through cgroups. Next paragraphs provide an introduction
28  * on BFQ inner workings. Details on BFQ benefits, usage and
29  * limitations can be found in Documentation/block/bfq-iosched.txt.
30  *
31  * BFQ is a proportional-share storage-I/O scheduling algorithm based
32  * on the slice-by-slice service scheme of CFQ. But BFQ assigns
33  * budgets, measured in number of sectors, to processes instead of
34  * time slices. The device is not granted to the in-service process
35  * for a given time slice, but until it has exhausted its assigned
36  * budget. This change from the time to the service domain enables BFQ
37  * to distribute the device throughput among processes as desired,
38  * without any distortion due to throughput fluctuations, or to device
39  * internal queueing. BFQ uses an ad hoc internal scheduler, called
40  * B-WF2Q+, to schedule processes according to their budgets. More
41  * precisely, BFQ schedules queues associated with processes. Each
42  * process/queue is assigned a user-configurable weight, and B-WF2Q+
43  * guarantees that each queue receives a fraction of the throughput
44  * proportional to its weight. Thanks to the accurate policy of
45  * B-WF2Q+, BFQ can afford to assign high budgets to I/O-bound
46  * processes issuing sequential requests (to boost the throughput),
47  * and yet guarantee a low latency to interactive and soft real-time
48  * applications.
49  *
50  * In particular, to provide these low-latency guarantees, BFQ
51  * explicitly privileges the I/O of two classes of time-sensitive
52  * applications: interactive and soft real-time. In more detail, BFQ
53  * behaves this way if the low_latency parameter is set (default
54  * configuration). This feature enables BFQ to provide applications in
55  * these classes with a very low latency.
56  *
57  * To implement this feature, BFQ constantly tries to detect whether
58  * the I/O requests in a bfq_queue come from an interactive or a soft
59  * real-time application. For brevity, in these cases, the queue is
60  * said to be interactive or soft real-time. In both cases, BFQ
61  * privileges the service of the queue, over that of non-interactive
62  * and non-soft-real-time queues. This privileging is performed,
63  * mainly, by raising the weight of the queue. So, for brevity, we
64  * call just weight-raising periods the time periods during which a
65  * queue is privileged, because deemed interactive or soft real-time.
66  *
67  * The detection of soft real-time queues/applications is described in
68  * detail in the comments on the function
69  * bfq_bfqq_softrt_next_start. On the other hand, the detection of an
70  * interactive queue works as follows: a queue is deemed interactive
71  * if it is constantly non empty only for a limited time interval,
72  * after which it does become empty. The queue may be deemed
73  * interactive again (for a limited time), if it restarts being
74  * constantly non empty, provided that this happens only after the
75  * queue has remained empty for a given minimum idle time.
76  *
77  * By default, BFQ computes automatically the above maximum time
78  * interval, i.e., the time interval after which a constantly
79  * non-empty queue stops being deemed interactive. Since a queue is
80  * weight-raised while it is deemed interactive, this maximum time
81  * interval happens to coincide with the (maximum) duration of the
82  * weight-raising for interactive queues.
83  *
84  * Finally, BFQ also features additional heuristics for
85  * preserving both a low latency and a high throughput on NCQ-capable,
86  * rotational or flash-based devices, and to get the job done quickly
87  * for applications consisting in many I/O-bound processes.
88  *
89  * NOTE: if the main or only goal, with a given device, is to achieve
90  * the maximum-possible throughput at all times, then do switch off
91  * all low-latency heuristics for that device, by setting low_latency
92  * to 0.
93  *
94  * BFQ is described in [1], where also a reference to the initial,
95  * more theoretical paper on BFQ can be found. The interested reader
96  * can find in the latter paper full details on the main algorithm, as
97  * well as formulas of the guarantees and formal proofs of all the
98  * properties.  With respect to the version of BFQ presented in these
99  * papers, this implementation adds a few more heuristics, such as the
100  * ones that guarantee a low latency to interactive and soft real-time
101  * applications, and a hierarchical extension based on H-WF2Q+.
102  *
103  * B-WF2Q+ is based on WF2Q+, which is described in [2], together with
104  * H-WF2Q+, while the augmented tree used here to implement B-WF2Q+
105  * with O(log N) complexity derives from the one introduced with EEVDF
106  * in [3].
107  *
108  * [1] P. Valente, A. Avanzini, "Evolution of the BFQ Storage I/O
109  *     Scheduler", Proceedings of the First Workshop on Mobile System
110  *     Technologies (MST-2015), May 2015.
111  *     http://algogroup.unimore.it/people/paolo/disk_sched/mst-2015.pdf
112  *
113  * [2] Jon C.R. Bennett and H. Zhang, "Hierarchical Packet Fair Queueing
114  *     Algorithms", IEEE/ACM Transactions on Networking, 5(5):675-689,
115  *     Oct 1997.
116  *
117  * http://www.cs.cmu.edu/~hzhang/papers/TON-97-Oct.ps.gz
118  *
119  * [3] I. Stoica and H. Abdel-Wahab, "Earliest Eligible Virtual Deadline
120  *     First: A Flexible and Accurate Mechanism for Proportional Share
121  *     Resource Allocation", technical report.
122  *
123  * http://www.cs.berkeley.edu/~istoica/papers/eevdf-tr-95.pdf
124  */
125 #include <linux/module.h>
126 #include <linux/slab.h>
127 #include <linux/blkdev.h>
128 #include <linux/cgroup.h>
129 #include <linux/elevator.h>
130 #include <linux/ktime.h>
131 #include <linux/rbtree.h>
132 #include <linux/ioprio.h>
133 #include <linux/sbitmap.h>
134 #include <linux/delay.h>
135
136 #include "blk.h"
137 #include "blk-mq.h"
138 #include "blk-mq-tag.h"
139 #include "blk-mq-sched.h"
140 #include "bfq-iosched.h"
141 #include "blk-wbt.h"
142
143 #define BFQ_BFQQ_FNS(name)                                              \
144 void bfq_mark_bfqq_##name(struct bfq_queue *bfqq)                       \
145 {                                                                       \
146         __set_bit(BFQQF_##name, &(bfqq)->flags);                        \
147 }                                                                       \
148 void bfq_clear_bfqq_##name(struct bfq_queue *bfqq)                      \
149 {                                                                       \
150         __clear_bit(BFQQF_##name, &(bfqq)->flags);              \
151 }                                                                       \
152 int bfq_bfqq_##name(const struct bfq_queue *bfqq)                       \
153 {                                                                       \
154         return test_bit(BFQQF_##name, &(bfqq)->flags);          \
155 }
156
157 BFQ_BFQQ_FNS(just_created);
158 BFQ_BFQQ_FNS(busy);
159 BFQ_BFQQ_FNS(wait_request);
160 BFQ_BFQQ_FNS(non_blocking_wait_rq);
161 BFQ_BFQQ_FNS(fifo_expire);
162 BFQ_BFQQ_FNS(has_short_ttime);
163 BFQ_BFQQ_FNS(sync);
164 BFQ_BFQQ_FNS(IO_bound);
165 BFQ_BFQQ_FNS(in_large_burst);
166 BFQ_BFQQ_FNS(coop);
167 BFQ_BFQQ_FNS(split_coop);
168 BFQ_BFQQ_FNS(softrt_update);
169 #undef BFQ_BFQQ_FNS                                             \
170
171 /* Expiration time of sync (0) and async (1) requests, in ns. */
172 static const u64 bfq_fifo_expire[2] = { NSEC_PER_SEC / 4, NSEC_PER_SEC / 8 };
173
174 /* Maximum backwards seek (magic number lifted from CFQ), in KiB. */
175 static const int bfq_back_max = 16 * 1024;
176
177 /* Penalty of a backwards seek, in number of sectors. */
178 static const int bfq_back_penalty = 2;
179
180 /* Idling period duration, in ns. */
181 static u64 bfq_slice_idle = NSEC_PER_SEC / 125;
182
183 /* Minimum number of assigned budgets for which stats are safe to compute. */
184 static const int bfq_stats_min_budgets = 194;
185
186 /* Default maximum budget values, in sectors and number of requests. */
187 static const int bfq_default_max_budget = 16 * 1024;
188
189 /*
190  * Async to sync throughput distribution is controlled as follows:
191  * when an async request is served, the entity is charged the number
192  * of sectors of the request, multiplied by the factor below
193  */
194 static const int bfq_async_charge_factor = 10;
195
196 /* Default timeout values, in jiffies, approximating CFQ defaults. */
197 const int bfq_timeout = HZ / 8;
198
199 /*
200  * Time limit for merging (see comments in bfq_setup_cooperator). Set
201  * to the slowest value that, in our tests, proved to be effective in
202  * removing false positives, while not causing true positives to miss
203  * queue merging.
204  *
205  * As can be deduced from the low time limit below, queue merging, if
206  * successful, happens at the very beggining of the I/O of the involved
207  * cooperating processes, as a consequence of the arrival of the very
208  * first requests from each cooperator.  After that, there is very
209  * little chance to find cooperators.
210  */
211 static const unsigned long bfq_merge_time_limit = HZ/10;
212
213 static struct kmem_cache *bfq_pool;
214
215 /* Below this threshold (in ns), we consider thinktime immediate. */
216 #define BFQ_MIN_TT              (2 * NSEC_PER_MSEC)
217
218 /* hw_tag detection: parallel requests threshold and min samples needed. */
219 #define BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD  4
220 #define BFQ_HW_QUEUE_SAMPLES    32
221
222 #define BFQQ_SEEK_THR           (sector_t)(8 * 100)
223 #define BFQQ_SECT_THR_NONROT    (sector_t)(2 * 32)
224 #define BFQQ_CLOSE_THR          (sector_t)(8 * 1024)
225 #define BFQQ_SEEKY(bfqq)        (hweight32(bfqq->seek_history) > 19)
226
227 /* Min number of samples required to perform peak-rate update */
228 #define BFQ_RATE_MIN_SAMPLES    32
229 /* Min observation time interval required to perform a peak-rate update (ns) */
230 #define BFQ_RATE_MIN_INTERVAL   (300*NSEC_PER_MSEC)
231 /* Target observation time interval for a peak-rate update (ns) */
232 #define BFQ_RATE_REF_INTERVAL   NSEC_PER_SEC
233
234 /*
235  * Shift used for peak-rate fixed precision calculations.
236  * With
237  * - the current shift: 16 positions
238  * - the current type used to store rate: u32
239  * - the current unit of measure for rate: [sectors/usec], or, more precisely,
240  *   [(sectors/usec) / 2^BFQ_RATE_SHIFT] to take into account the shift,
241  * the range of rates that can be stored is
242  * [1 / 2^BFQ_RATE_SHIFT, 2^(32 - BFQ_RATE_SHIFT)] sectors/usec =
243  * [1 / 2^16, 2^16] sectors/usec = [15e-6, 65536] sectors/usec =
244  * [15, 65G] sectors/sec
245  * Which, assuming a sector size of 512B, corresponds to a range of
246  * [7.5K, 33T] B/sec
247  */
248 #define BFQ_RATE_SHIFT          16
249
250 /*
251  * When configured for computing the duration of the weight-raising
252  * for interactive queues automatically (see the comments at the
253  * beginning of this file), BFQ does it using the following formula:
254  * duration = (ref_rate / r) * ref_wr_duration,
255  * where r is the peak rate of the device, and ref_rate and
256  * ref_wr_duration are two reference parameters.  In particular,
257  * ref_rate is the peak rate of the reference storage device (see
258  * below), and ref_wr_duration is about the maximum time needed, with
259  * BFQ and while reading two files in parallel, to load typical large
260  * applications on the reference device (see the comments on
261  * max_service_from_wr below, for more details on how ref_wr_duration
262  * is obtained).  In practice, the slower/faster the device at hand
263  * is, the more/less it takes to load applications with respect to the
264  * reference device.  Accordingly, the longer/shorter BFQ grants
265  * weight raising to interactive applications.
266  *
267  * BFQ uses two different reference pairs (ref_rate, ref_wr_duration),
268  * depending on whether the device is rotational or non-rotational.
269  *
270  * In the following definitions, ref_rate[0] and ref_wr_duration[0]
271  * are the reference values for a rotational device, whereas
272  * ref_rate[1] and ref_wr_duration[1] are the reference values for a
273  * non-rotational device. The reference rates are not the actual peak
274  * rates of the devices used as a reference, but slightly lower
275  * values. The reason for using slightly lower values is that the
276  * peak-rate estimator tends to yield slightly lower values than the
277  * actual peak rate (it can yield the actual peak rate only if there
278  * is only one process doing I/O, and the process does sequential
279  * I/O).
280  *
281  * The reference peak rates are measured in sectors/usec, left-shifted
282  * by BFQ_RATE_SHIFT.
283  */
284 static int ref_rate[2] = {14000, 33000};
285 /*
286  * To improve readability, a conversion function is used to initialize
287  * the following array, which entails that the array can be
288  * initialized only in a function.
289  */
290 static int ref_wr_duration[2];
291
292 /*
293  * BFQ uses the above-detailed, time-based weight-raising mechanism to
294  * privilege interactive tasks. This mechanism is vulnerable to the
295  * following false positives: I/O-bound applications that will go on
296  * doing I/O for much longer than the duration of weight
297  * raising. These applications have basically no benefit from being
298  * weight-raised at the beginning of their I/O. On the opposite end,
299  * while being weight-raised, these applications
300  * a) unjustly steal throughput to applications that may actually need
301  * low latency;
302  * b) make BFQ uselessly perform device idling; device idling results
303  * in loss of device throughput with most flash-based storage, and may
304  * increase latencies when used purposelessly.
305  *
306  * BFQ tries to reduce these problems, by adopting the following
307  * countermeasure. To introduce this countermeasure, we need first to
308  * finish explaining how the duration of weight-raising for
309  * interactive tasks is computed.
310  *
311  * For a bfq_queue deemed as interactive, the duration of weight
312  * raising is dynamically adjusted, as a function of the estimated
313  * peak rate of the device, so as to be equal to the time needed to
314  * execute the 'largest' interactive task we benchmarked so far. By
315  * largest task, we mean the task for which each involved process has
316  * to do more I/O than for any of the other tasks we benchmarked. This
317  * reference interactive task is the start-up of LibreOffice Writer,
318  * and in this task each process/bfq_queue needs to have at most ~110K
319  * sectors transferred.
320  *
321  * This last piece of information enables BFQ to reduce the actual
322  * duration of weight-raising for at least one class of I/O-bound
323  * applications: those doing sequential or quasi-sequential I/O. An
324  * example is file copy. In fact, once started, the main I/O-bound
325  * processes of these applications usually consume the above 110K
326  * sectors in much less time than the processes of an application that
327  * is starting, because these I/O-bound processes will greedily devote
328  * almost all their CPU cycles only to their target,
329  * throughput-friendly I/O operations. This is even more true if BFQ
330  * happens to be underestimating the device peak rate, and thus
331  * overestimating the duration of weight raising. But, according to
332  * our measurements, once transferred 110K sectors, these processes
333  * have no right to be weight-raised any longer.
334  *
335  * Basing on the last consideration, BFQ ends weight-raising for a
336  * bfq_queue if the latter happens to have received an amount of
337  * service at least equal to the following constant. The constant is
338  * set to slightly more than 110K, to have a minimum safety margin.
339  *
340  * This early ending of weight-raising reduces the amount of time
341  * during which interactive false positives cause the two problems
342  * described at the beginning of these comments.
343  */
344 static const unsigned long max_service_from_wr = 120000;
345
346 #define RQ_BIC(rq)              icq_to_bic((rq)->elv.priv[0])
347 #define RQ_BFQQ(rq)             ((rq)->elv.priv[1])
348
349 struct bfq_queue *bic_to_bfqq(struct bfq_io_cq *bic, bool is_sync)
350 {
351         return bic->bfqq[is_sync];
352 }
353
354 void bic_set_bfqq(struct bfq_io_cq *bic, struct bfq_queue *bfqq, bool is_sync)
355 {
356         bic->bfqq[is_sync] = bfqq;
357 }
358
359 struct bfq_data *bic_to_bfqd(struct bfq_io_cq *bic)
360 {
361         return bic->icq.q->elevator->elevator_data;
362 }
363
364 /**
365  * icq_to_bic - convert iocontext queue structure to bfq_io_cq.
366  * @icq: the iocontext queue.
367  */
368 static struct bfq_io_cq *icq_to_bic(struct io_cq *icq)
369 {
370         /* bic->icq is the first member, %NULL will convert to %NULL */
371         return container_of(icq, struct bfq_io_cq, icq);
372 }
373
374 /**
375  * bfq_bic_lookup - search into @ioc a bic associated to @bfqd.
376  * @bfqd: the lookup key.
377  * @ioc: the io_context of the process doing I/O.
378  * @q: the request queue.
379  */
380 static struct bfq_io_cq *bfq_bic_lookup(struct bfq_data *bfqd,
381                                         struct io_context *ioc,
382                                         struct request_queue *q)
383 {
384         if (ioc) {
385                 unsigned long flags;
386                 struct bfq_io_cq *icq;
387
388                 spin_lock_irqsave(q->queue_lock, flags);
389                 icq = icq_to_bic(ioc_lookup_icq(ioc, q));
390                 spin_unlock_irqrestore(q->queue_lock, flags);
391
392                 return icq;
393         }
394
395         return NULL;
396 }
397
398 /*
399  * Scheduler run of queue, if there are requests pending and no one in the
400  * driver that will restart queueing.
401  */
402 void bfq_schedule_dispatch(struct bfq_data *bfqd)
403 {
404         if (bfqd->queued != 0) {
405                 bfq_log(bfqd, "schedule dispatch");
406                 blk_mq_run_hw_queues(bfqd->queue, true);
407         }
408 }
409
410 #define bfq_class_idle(bfqq)    ((bfqq)->ioprio_class == IOPRIO_CLASS_IDLE)
411 #define bfq_class_rt(bfqq)      ((bfqq)->ioprio_class == IOPRIO_CLASS_RT)
412
413 #define bfq_sample_valid(samples)       ((samples) > 80)
414
415 /*
416  * Lifted from AS - choose which of rq1 and rq2 that is best served now.
417  * We choose the request that is closesr to the head right now.  Distance
418  * behind the head is penalized and only allowed to a certain extent.
419  */
420 static struct request *bfq_choose_req(struct bfq_data *bfqd,
421                                       struct request *rq1,
422                                       struct request *rq2,
423                                       sector_t last)
424 {
425         sector_t s1, s2, d1 = 0, d2 = 0;
426         unsigned long back_max;
427 #define BFQ_RQ1_WRAP    0x01 /* request 1 wraps */
428 #define BFQ_RQ2_WRAP    0x02 /* request 2 wraps */
429         unsigned int wrap = 0; /* bit mask: requests behind the disk head? */
430
431         if (!rq1 || rq1 == rq2)
432                 return rq2;
433         if (!rq2)
434                 return rq1;
435
436         if (rq_is_sync(rq1) && !rq_is_sync(rq2))
437                 return rq1;
438         else if (rq_is_sync(rq2) && !rq_is_sync(rq1))
439                 return rq2;
440         if ((rq1->cmd_flags & REQ_META) && !(rq2->cmd_flags & REQ_META))
441                 return rq1;
442         else if ((rq2->cmd_flags & REQ_META) && !(rq1->cmd_flags & REQ_META))
443                 return rq2;
444
445         s1 = blk_rq_pos(rq1);
446         s2 = blk_rq_pos(rq2);
447
448         /*
449          * By definition, 1KiB is 2 sectors.
450          */
451         back_max = bfqd->bfq_back_max * 2;
452
453         /*
454          * Strict one way elevator _except_ in the case where we allow
455          * short backward seeks which are biased as twice the cost of a
456          * similar forward seek.
457          */
458         if (s1 >= last)
459                 d1 = s1 - last;
460         else if (s1 + back_max >= last)
461                 d1 = (last - s1) * bfqd->bfq_back_penalty;
462         else
463                 wrap |= BFQ_RQ1_WRAP;
464
465         if (s2 >= last)
466                 d2 = s2 - last;
467         else if (s2 + back_max >= last)
468                 d2 = (last - s2) * bfqd->bfq_back_penalty;
469         else
470                 wrap |= BFQ_RQ2_WRAP;
471
472         /* Found required data */
473
474         /*
475          * By doing switch() on the bit mask "wrap" we avoid having to
476          * check two variables for all permutations: --> faster!
477          */
478         switch (wrap) {
479         case 0: /* common case for CFQ: rq1 and rq2 not wrapped */
480                 if (d1 < d2)
481                         return rq1;
482                 else if (d2 < d1)
483                         return rq2;
484
485                 if (s1 >= s2)
486                         return rq1;
487                 else
488                         return rq2;
489
490         case BFQ_RQ2_WRAP:
491                 return rq1;
492         case BFQ_RQ1_WRAP:
493                 return rq2;
494         case BFQ_RQ1_WRAP|BFQ_RQ2_WRAP: /* both rqs wrapped */
495         default:
496                 /*
497                  * Since both rqs are wrapped,
498                  * start with the one that's further behind head
499                  * (--> only *one* back seek required),
500                  * since back seek takes more time than forward.
501                  */
502                 if (s1 <= s2)
503                         return rq1;
504                 else
505                         return rq2;
506         }
507 }
508
509 /*
510  * Async I/O can easily starve sync I/O (both sync reads and sync
511  * writes), by consuming all tags. Similarly, storms of sync writes,
512  * such as those that sync(2) may trigger, can starve sync reads.
513  * Limit depths of async I/O and sync writes so as to counter both
514  * problems.
515  */
516 static void bfq_limit_depth(unsigned int op, struct blk_mq_alloc_data *data)
517 {
518         struct bfq_data *bfqd = data->q->elevator->elevator_data;
519
520         if (op_is_sync(op) && !op_is_write(op))
521                 return;
522
523         data->shallow_depth =
524                 bfqd->word_depths[!!bfqd->wr_busy_queues][op_is_sync(op)];
525
526         bfq_log(bfqd, "[%s] wr_busy %d sync %d depth %u",
527                         __func__, bfqd->wr_busy_queues, op_is_sync(op),
528                         data->shallow_depth);
529 }
530
531 static struct bfq_queue *
532 bfq_rq_pos_tree_lookup(struct bfq_data *bfqd, struct rb_root *root,
533                      sector_t sector, struct rb_node **ret_parent,
534                      struct rb_node ***rb_link)
535 {
536         struct rb_node **p, *parent;
537         struct bfq_queue *bfqq = NULL;
538
539         parent = NULL;
540         p = &root->rb_node;
541         while (*p) {
542                 struct rb_node **n;
543
544                 parent = *p;
545                 bfqq = rb_entry(parent, struct bfq_queue, pos_node);
546
547                 /*
548                  * Sort strictly based on sector. Smallest to the left,
549                  * largest to the right.
550                  */
551                 if (sector > blk_rq_pos(bfqq->next_rq))
552                         n = &(*p)->rb_right;
553                 else if (sector < blk_rq_pos(bfqq->next_rq))
554                         n = &(*p)->rb_left;
555                 else
556                         break;
557                 p = n;
558                 bfqq = NULL;
559         }
560
561         *ret_parent = parent;
562         if (rb_link)
563                 *rb_link = p;
564
565         bfq_log(bfqd, "rq_pos_tree_lookup %llu: returning %d",
566                 (unsigned long long)sector,
567                 bfqq ? bfqq->pid : 0);
568
569         return bfqq;
570 }
571
572 static bool bfq_too_late_for_merging(struct bfq_queue *bfqq)
573 {
574         return bfqq->service_from_backlogged > 0 &&
575                 time_is_before_jiffies(bfqq->first_IO_time +
576                                        bfq_merge_time_limit);
577 }
578
579 void bfq_pos_tree_add_move(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
580 {
581         struct rb_node **p, *parent;
582         struct bfq_queue *__bfqq;
583
584         if (bfqq->pos_root) {
585                 rb_erase(&bfqq->pos_node, bfqq->pos_root);
586                 bfqq->pos_root = NULL;
587         }
588
589         /*
590          * bfqq cannot be merged any longer (see comments in
591          * bfq_setup_cooperator): no point in adding bfqq into the
592          * position tree.
593          */
594         if (bfq_too_late_for_merging(bfqq))
595                 return;
596
597         if (bfq_class_idle(bfqq))
598                 return;
599         if (!bfqq->next_rq)
600                 return;
601
602         bfqq->pos_root = &bfq_bfqq_to_bfqg(bfqq)->rq_pos_tree;
603         __bfqq = bfq_rq_pos_tree_lookup(bfqd, bfqq->pos_root,
604                         blk_rq_pos(bfqq->next_rq), &parent, &p);
605         if (!__bfqq) {
606                 rb_link_node(&bfqq->pos_node, parent, p);
607                 rb_insert_color(&bfqq->pos_node, bfqq->pos_root);
608         } else
609                 bfqq->pos_root = NULL;
610 }
611
612 /*
613  * Tell whether there are active queues or groups with differentiated weights.
614  */
615 static bool bfq_differentiated_weights(struct bfq_data *bfqd)
616 {
617         /*
618          * For weights to differ, at least one of the trees must contain
619          * at least two nodes.
620          */
621         return (!RB_EMPTY_ROOT(&bfqd->queue_weights_tree) &&
622                 (bfqd->queue_weights_tree.rb_node->rb_left ||
623                  bfqd->queue_weights_tree.rb_node->rb_right)
624 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
625                ) ||
626                (!RB_EMPTY_ROOT(&bfqd->group_weights_tree) &&
627                 (bfqd->group_weights_tree.rb_node->rb_left ||
628                  bfqd->group_weights_tree.rb_node->rb_right)
629 #endif
630                );
631 }
632
633 /*
634  * The following function returns true if every queue must receive the
635  * same share of the throughput (this condition is used when deciding
636  * whether idling may be disabled, see the comments in the function
637  * bfq_bfqq_may_idle()).
638  *
639  * Such a scenario occurs when:
640  * 1) all active queues have the same weight,
641  * 2) all active groups at the same level in the groups tree have the same
642  *    weight,
643  * 3) all active groups at the same level in the groups tree have the same
644  *    number of children.
645  *
646  * Unfortunately, keeping the necessary state for evaluating exactly the
647  * above symmetry conditions would be quite complex and time-consuming.
648  * Therefore this function evaluates, instead, the following stronger
649  * sub-conditions, for which it is much easier to maintain the needed
650  * state:
651  * 1) all active queues have the same weight,
652  * 2) all active groups have the same weight,
653  * 3) all active groups have at most one active child each.
654  * In particular, the last two conditions are always true if hierarchical
655  * support and the cgroups interface are not enabled, thus no state needs
656  * to be maintained in this case.
657  */
658 static bool bfq_symmetric_scenario(struct bfq_data *bfqd)
659 {
660         return !bfq_differentiated_weights(bfqd);
661 }
662
663 /*
664  * If the weight-counter tree passed as input contains no counter for
665  * the weight of the input entity, then add that counter; otherwise just
666  * increment the existing counter.
667  *
668  * Note that weight-counter trees contain few nodes in mostly symmetric
669  * scenarios. For example, if all queues have the same weight, then the
670  * weight-counter tree for the queues may contain at most one node.
671  * This holds even if low_latency is on, because weight-raised queues
672  * are not inserted in the tree.
673  * In most scenarios, the rate at which nodes are created/destroyed
674  * should be low too.
675  */
676 void bfq_weights_tree_add(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_entity *entity,
677                           struct rb_root *root)
678 {
679         struct rb_node **new = &(root->rb_node), *parent = NULL;
680
681         /*
682          * Do not insert if the entity is already associated with a
683          * counter, which happens if:
684          *   1) the entity is associated with a queue,
685          *   2) a request arrival has caused the queue to become both
686          *      non-weight-raised, and hence change its weight, and
687          *      backlogged; in this respect, each of the two events
688          *      causes an invocation of this function,
689          *   3) this is the invocation of this function caused by the
690          *      second event. This second invocation is actually useless,
691          *      and we handle this fact by exiting immediately. More
692          *      efficient or clearer solutions might possibly be adopted.
693          */
694         if (entity->weight_counter)
695                 return;
696
697         while (*new) {
698                 struct bfq_weight_counter *__counter = container_of(*new,
699                                                 struct bfq_weight_counter,
700                                                 weights_node);
701                 parent = *new;
702
703                 if (entity->weight == __counter->weight) {
704                         entity->weight_counter = __counter;
705                         goto inc_counter;
706                 }
707                 if (entity->weight < __counter->weight)
708                         new = &((*new)->rb_left);
709                 else
710                         new = &((*new)->rb_right);
711         }
712
713         entity->weight_counter = kzalloc(sizeof(struct bfq_weight_counter),
714                                          GFP_ATOMIC);
715
716         /*
717          * In the unlucky event of an allocation failure, we just
718          * exit. This will cause the weight of entity to not be
719          * considered in bfq_differentiated_weights, which, in its
720          * turn, causes the scenario to be deemed wrongly symmetric in
721          * case entity's weight would have been the only weight making
722          * the scenario asymmetric. On the bright side, no unbalance
723          * will however occur when entity becomes inactive again (the
724          * invocation of this function is triggered by an activation
725          * of entity). In fact, bfq_weights_tree_remove does nothing
726          * if !entity->weight_counter.
727          */
728         if (unlikely(!entity->weight_counter))
729                 return;
730
731         entity->weight_counter->weight = entity->weight;
732         rb_link_node(&entity->weight_counter->weights_node, parent, new);
733         rb_insert_color(&entity->weight_counter->weights_node, root);
734
735 inc_counter:
736         entity->weight_counter->num_active++;
737 }
738
739 /*
740  * Decrement the weight counter associated with the entity, and, if the
741  * counter reaches 0, remove the counter from the tree.
742  * See the comments to the function bfq_weights_tree_add() for considerations
743  * about overhead.
744  */
745 void bfq_weights_tree_remove(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_entity *entity,
746                              struct rb_root *root)
747 {
748         if (!entity->weight_counter)
749                 return;
750
751         entity->weight_counter->num_active--;
752         if (entity->weight_counter->num_active > 0)
753                 goto reset_entity_pointer;
754
755         rb_erase(&entity->weight_counter->weights_node, root);
756         kfree(entity->weight_counter);
757
758 reset_entity_pointer:
759         entity->weight_counter = NULL;
760 }
761
762 /*
763  * Return expired entry, or NULL to just start from scratch in rbtree.
764  */
765 static struct request *bfq_check_fifo(struct bfq_queue *bfqq,
766                                       struct request *last)
767 {
768         struct request *rq;
769
770         if (bfq_bfqq_fifo_expire(bfqq))
771                 return NULL;
772
773         bfq_mark_bfqq_fifo_expire(bfqq);
774
775         rq = rq_entry_fifo(bfqq->fifo.next);
776
777         if (rq == last || ktime_get_ns() < rq->fifo_time)
778                 return NULL;
779
780         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "check_fifo: returned %p", rq);
781         return rq;
782 }
783
784 static struct request *bfq_find_next_rq(struct bfq_data *bfqd,
785                                         struct bfq_queue *bfqq,
786                                         struct request *last)
787 {
788         struct rb_node *rbnext = rb_next(&last->rb_node);
789         struct rb_node *rbprev = rb_prev(&last->rb_node);
790         struct request *next, *prev = NULL;
791
792         /* Follow expired path, else get first next available. */
793         next = bfq_check_fifo(bfqq, last);
794         if (next)
795                 return next;
796
797         if (rbprev)
798                 prev = rb_entry_rq(rbprev);
799
800         if (rbnext)
801                 next = rb_entry_rq(rbnext);
802         else {
803                 rbnext = rb_first(&bfqq->sort_list);
804                 if (rbnext && rbnext != &last->rb_node)
805                         next = rb_entry_rq(rbnext);
806         }
807
808         return bfq_choose_req(bfqd, next, prev, blk_rq_pos(last));
809 }
810
811 /* see the definition of bfq_async_charge_factor for details */
812 static unsigned long bfq_serv_to_charge(struct request *rq,
813                                         struct bfq_queue *bfqq)
814 {
815         if (bfq_bfqq_sync(bfqq) || bfqq->wr_coeff > 1)
816                 return blk_rq_sectors(rq);
817
818         /*
819          * If there are no weight-raised queues, then amplify service
820          * by just the async charge factor; otherwise amplify service
821          * by twice the async charge factor, to further reduce latency
822          * for weight-raised queues.
823          */
824         if (bfqq->bfqd->wr_busy_queues == 0)
825                 return blk_rq_sectors(rq) * bfq_async_charge_factor;
826
827         return blk_rq_sectors(rq) * 2 * bfq_async_charge_factor;
828 }
829
830 /**
831  * bfq_updated_next_req - update the queue after a new next_rq selection.
832  * @bfqd: the device data the queue belongs to.
833  * @bfqq: the queue to update.
834  *
835  * If the first request of a queue changes we make sure that the queue
836  * has enough budget to serve at least its first request (if the
837  * request has grown).  We do this because if the queue has not enough
838  * budget for its first request, it has to go through two dispatch
839  * rounds to actually get it dispatched.
840  */
841 static void bfq_updated_next_req(struct bfq_data *bfqd,
842                                  struct bfq_queue *bfqq)
843 {
844         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
845         struct request *next_rq = bfqq->next_rq;
846         unsigned long new_budget;
847
848         if (!next_rq)
849                 return;
850
851         if (bfqq == bfqd->in_service_queue)
852                 /*
853                  * In order not to break guarantees, budgets cannot be
854                  * changed after an entity has been selected.
855                  */
856                 return;
857
858         new_budget = max_t(unsigned long, bfqq->max_budget,
859                            bfq_serv_to_charge(next_rq, bfqq));
860         if (entity->budget != new_budget) {
861                 entity->budget = new_budget;
862                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "updated next rq: new budget %lu",
863                                          new_budget);
864                 bfq_requeue_bfqq(bfqd, bfqq, false);
865         }
866 }
867
868 static unsigned int bfq_wr_duration(struct bfq_data *bfqd)
869 {
870         u64 dur;
871
872         if (bfqd->bfq_wr_max_time > 0)
873                 return bfqd->bfq_wr_max_time;
874
875         dur = bfqd->rate_dur_prod;
876         do_div(dur, bfqd->peak_rate);
877
878         /*
879          * Limit duration between 3 and 25 seconds. The upper limit
880          * has been conservatively set after the following worst case:
881          * on a QEMU/KVM virtual machine
882          * - running in a slow PC
883          * - with a virtual disk stacked on a slow low-end 5400rpm HDD
884          * - serving a heavy I/O workload, such as the sequential reading
885          *   of several files
886          * mplayer took 23 seconds to start, if constantly weight-raised.
887          *
888          * As for higher values than that accomodating the above bad
889          * scenario, tests show that higher values would often yield
890          * the opposite of the desired result, i.e., would worsen
891          * responsiveness by allowing non-interactive applications to
892          * preserve weight raising for too long.
893          *
894          * On the other end, lower values than 3 seconds make it
895          * difficult for most interactive tasks to complete their jobs
896          * before weight-raising finishes.
897          */
898         return clamp_val(dur, msecs_to_jiffies(3000), msecs_to_jiffies(25000));
899 }
900
901 /* switch back from soft real-time to interactive weight raising */
902 static void switch_back_to_interactive_wr(struct bfq_queue *bfqq,
903                                           struct bfq_data *bfqd)
904 {
905         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
906         bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
907         bfqq->last_wr_start_finish = bfqq->wr_start_at_switch_to_srt;
908 }
909
910 static void
911 bfq_bfqq_resume_state(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_data *bfqd,
912                       struct bfq_io_cq *bic, bool bfq_already_existing)
913 {
914         unsigned int old_wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
915         bool busy = bfq_already_existing && bfq_bfqq_busy(bfqq);
916
917         if (bic->saved_has_short_ttime)
918                 bfq_mark_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
919         else
920                 bfq_clear_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
921
922         if (bic->saved_IO_bound)
923                 bfq_mark_bfqq_IO_bound(bfqq);
924         else
925                 bfq_clear_bfqq_IO_bound(bfqq);
926
927         bfqq->ttime = bic->saved_ttime;
928         bfqq->wr_coeff = bic->saved_wr_coeff;
929         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt = bic->saved_wr_start_at_switch_to_srt;
930         bfqq->last_wr_start_finish = bic->saved_last_wr_start_finish;
931         bfqq->wr_cur_max_time = bic->saved_wr_cur_max_time;
932
933         if (bfqq->wr_coeff > 1 && (bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq) ||
934             time_is_before_jiffies(bfqq->last_wr_start_finish +
935                                    bfqq->wr_cur_max_time))) {
936                 if (bfqq->wr_cur_max_time == bfqd->bfq_wr_rt_max_time &&
937                     !bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq) &&
938                     time_is_after_eq_jiffies(bfqq->wr_start_at_switch_to_srt +
939                                              bfq_wr_duration(bfqd))) {
940                         switch_back_to_interactive_wr(bfqq, bfqd);
941                 } else {
942                         bfqq->wr_coeff = 1;
943                         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq,
944                                      "resume state: switching off wr");
945                 }
946         }
947
948         /* make sure weight will be updated, however we got here */
949         bfqq->entity.prio_changed = 1;
950
951         if (likely(!busy))
952                 return;
953
954         if (old_wr_coeff == 1 && bfqq->wr_coeff > 1)
955                 bfqd->wr_busy_queues++;
956         else if (old_wr_coeff > 1 && bfqq->wr_coeff == 1)
957                 bfqd->wr_busy_queues--;
958 }
959
960 static int bfqq_process_refs(struct bfq_queue *bfqq)
961 {
962         return bfqq->ref - bfqq->allocated - bfqq->entity.on_st;
963 }
964
965 /* Empty burst list and add just bfqq (see comments on bfq_handle_burst) */
966 static void bfq_reset_burst_list(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
967 {
968         struct bfq_queue *item;
969         struct hlist_node *n;
970
971         hlist_for_each_entry_safe(item, n, &bfqd->burst_list, burst_list_node)
972                 hlist_del_init(&item->burst_list_node);
973         hlist_add_head(&bfqq->burst_list_node, &bfqd->burst_list);
974         bfqd->burst_size = 1;
975         bfqd->burst_parent_entity = bfqq->entity.parent;
976 }
977
978 /* Add bfqq to the list of queues in current burst (see bfq_handle_burst) */
979 static void bfq_add_to_burst(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
980 {
981         /* Increment burst size to take into account also bfqq */
982         bfqd->burst_size++;
983
984         if (bfqd->burst_size == bfqd->bfq_large_burst_thresh) {
985                 struct bfq_queue *pos, *bfqq_item;
986                 struct hlist_node *n;
987
988                 /*
989                  * Enough queues have been activated shortly after each
990                  * other to consider this burst as large.
991                  */
992                 bfqd->large_burst = true;
993
994                 /*
995                  * We can now mark all queues in the burst list as
996                  * belonging to a large burst.
997                  */
998                 hlist_for_each_entry(bfqq_item, &bfqd->burst_list,
999                                      burst_list_node)
1000                         bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq_item);
1001                 bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq);
1002
1003                 /*
1004                  * From now on, and until the current burst finishes, any
1005                  * new queue being activated shortly after the last queue
1006                  * was inserted in the burst can be immediately marked as
1007                  * belonging to a large burst. So the burst list is not
1008                  * needed any more. Remove it.
1009                  */
1010                 hlist_for_each_entry_safe(pos, n, &bfqd->burst_list,
1011                                           burst_list_node)
1012                         hlist_del_init(&pos->burst_list_node);
1013         } else /*
1014                 * Burst not yet large: add bfqq to the burst list. Do
1015                 * not increment the ref counter for bfqq, because bfqq
1016                 * is removed from the burst list before freeing bfqq
1017                 * in put_queue.
1018                 */
1019                 hlist_add_head(&bfqq->burst_list_node, &bfqd->burst_list);
1020 }
1021
1022 /*
1023  * If many queues belonging to the same group happen to be created
1024  * shortly after each other, then the processes associated with these
1025  * queues have typically a common goal. In particular, bursts of queue
1026  * creations are usually caused by services or applications that spawn
1027  * many parallel threads/processes. Examples are systemd during boot,
1028  * or git grep. To help these processes get their job done as soon as
1029  * possible, it is usually better to not grant either weight-raising
1030  * or device idling to their queues.
1031  *
1032  * In this comment we describe, firstly, the reasons why this fact
1033  * holds, and, secondly, the next function, which implements the main
1034  * steps needed to properly mark these queues so that they can then be
1035  * treated in a different way.
1036  *
1037  * The above services or applications benefit mostly from a high
1038  * throughput: the quicker the requests of the activated queues are
1039  * cumulatively served, the sooner the target job of these queues gets
1040  * completed. As a consequence, weight-raising any of these queues,
1041  * which also implies idling the device for it, is almost always
1042  * counterproductive. In most cases it just lowers throughput.
1043  *
1044  * On the other hand, a burst of queue creations may be caused also by
1045  * the start of an application that does not consist of a lot of
1046  * parallel I/O-bound threads. In fact, with a complex application,
1047  * several short processes may need to be executed to start-up the
1048  * application. In this respect, to start an application as quickly as
1049  * possible, the best thing to do is in any case to privilege the I/O
1050  * related to the application with respect to all other
1051  * I/O. Therefore, the best strategy to start as quickly as possible
1052  * an application that causes a burst of queue creations is to
1053  * weight-raise all the queues created during the burst. This is the
1054  * exact opposite of the best strategy for the other type of bursts.
1055  *
1056  * In the end, to take the best action for each of the two cases, the
1057  * two types of bursts need to be distinguished. Fortunately, this
1058  * seems relatively easy, by looking at the sizes of the bursts. In
1059  * particular, we found a threshold such that only bursts with a
1060  * larger size than that threshold are apparently caused by
1061  * services or commands such as systemd or git grep. For brevity,
1062  * hereafter we call just 'large' these bursts. BFQ *does not*
1063  * weight-raise queues whose creation occurs in a large burst. In
1064  * addition, for each of these queues BFQ performs or does not perform
1065  * idling depending on which choice boosts the throughput more. The
1066  * exact choice depends on the device and request pattern at
1067  * hand.
1068  *
1069  * Unfortunately, false positives may occur while an interactive task
1070  * is starting (e.g., an application is being started). The
1071  * consequence is that the queues associated with the task do not
1072  * enjoy weight raising as expected. Fortunately these false positives
1073  * are very rare. They typically occur if some service happens to
1074  * start doing I/O exactly when the interactive task starts.
1075  *
1076  * Turning back to the next function, it implements all the steps
1077  * needed to detect the occurrence of a large burst and to properly
1078  * mark all the queues belonging to it (so that they can then be
1079  * treated in a different way). This goal is achieved by maintaining a
1080  * "burst list" that holds, temporarily, the queues that belong to the
1081  * burst in progress. The list is then used to mark these queues as
1082  * belonging to a large burst if the burst does become large. The main
1083  * steps are the following.
1084  *
1085  * . when the very first queue is created, the queue is inserted into the
1086  *   list (as it could be the first queue in a possible burst)
1087  *
1088  * . if the current burst has not yet become large, and a queue Q that does
1089  *   not yet belong to the burst is activated shortly after the last time
1090  *   at which a new queue entered the burst list, then the function appends
1091  *   Q to the burst list
1092  *
1093  * . if, as a consequence of the previous step, the burst size reaches
1094  *   the large-burst threshold, then
1095  *
1096  *     . all the queues in the burst list are marked as belonging to a
1097  *       large burst
1098  *
1099  *     . the burst list is deleted; in fact, the burst list already served
1100  *       its purpose (keeping temporarily track of the queues in a burst,
1101  *       so as to be able to mark them as belonging to a large burst in the
1102  *       previous sub-step), and now is not needed any more
1103  *
1104  *     . the device enters a large-burst mode
1105  *
1106  * . if a queue Q that does not belong to the burst is created while
1107  *   the device is in large-burst mode and shortly after the last time
1108  *   at which a queue either entered the burst list or was marked as
1109  *   belonging to the current large burst, then Q is immediately marked
1110  *   as belonging to a large burst.
1111  *
1112  * . if a queue Q that does not belong to the burst is created a while
1113  *   later, i.e., not shortly after, than the last time at which a queue
1114  *   either entered the burst list or was marked as belonging to the
1115  *   current large burst, then the current burst is deemed as finished and:
1116  *
1117  *        . the large-burst mode is reset if set
1118  *
1119  *        . the burst list is emptied
1120  *
1121  *        . Q is inserted in the burst list, as Q may be the first queue
1122  *          in a possible new burst (then the burst list contains just Q
1123  *          after this step).
1124  */
1125 static void bfq_handle_burst(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
1126 {
1127         /*
1128          * If bfqq is already in the burst list or is part of a large
1129          * burst, or finally has just been split, then there is
1130          * nothing else to do.
1131          */
1132         if (!hlist_unhashed(&bfqq->burst_list_node) ||
1133             bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq) ||
1134             time_is_after_eq_jiffies(bfqq->split_time +
1135                                      msecs_to_jiffies(10)))
1136                 return;
1137
1138         /*
1139          * If bfqq's creation happens late enough, or bfqq belongs to
1140          * a different group than the burst group, then the current
1141          * burst is finished, and related data structures must be
1142          * reset.
1143          *
1144          * In this respect, consider the special case where bfqq is
1145          * the very first queue created after BFQ is selected for this
1146          * device. In this case, last_ins_in_burst and
1147          * burst_parent_entity are not yet significant when we get
1148          * here. But it is easy to verify that, whether or not the
1149          * following condition is true, bfqq will end up being
1150          * inserted into the burst list. In particular the list will
1151          * happen to contain only bfqq. And this is exactly what has
1152          * to happen, as bfqq may be the first queue of the first
1153          * burst.
1154          */
1155         if (time_is_before_jiffies(bfqd->last_ins_in_burst +
1156             bfqd->bfq_burst_interval) ||
1157             bfqq->entity.parent != bfqd->burst_parent_entity) {
1158                 bfqd->large_burst = false;
1159                 bfq_reset_burst_list(bfqd, bfqq);
1160                 goto end;
1161         }
1162
1163         /*
1164          * If we get here, then bfqq is being activated shortly after the
1165          * last queue. So, if the current burst is also large, we can mark
1166          * bfqq as belonging to this large burst immediately.
1167          */
1168         if (bfqd->large_burst) {
1169                 bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq);
1170                 goto end;
1171         }
1172
1173         /*
1174          * If we get here, then a large-burst state has not yet been
1175          * reached, but bfqq is being activated shortly after the last
1176          * queue. Then we add bfqq to the burst.
1177          */
1178         bfq_add_to_burst(bfqd, bfqq);
1179 end:
1180         /*
1181          * At this point, bfqq either has been added to the current
1182          * burst or has caused the current burst to terminate and a
1183          * possible new burst to start. In particular, in the second
1184          * case, bfqq has become the first queue in the possible new
1185          * burst.  In both cases last_ins_in_burst needs to be moved
1186          * forward.
1187          */
1188         bfqd->last_ins_in_burst = jiffies;
1189 }
1190
1191 static int bfq_bfqq_budget_left(struct bfq_queue *bfqq)
1192 {
1193         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
1194
1195         return entity->budget - entity->service;
1196 }
1197
1198 /*
1199  * If enough samples have been computed, return the current max budget
1200  * stored in bfqd, which is dynamically updated according to the
1201  * estimated disk peak rate; otherwise return the default max budget
1202  */
1203 static int bfq_max_budget(struct bfq_data *bfqd)
1204 {
1205         if (bfqd->budgets_assigned < bfq_stats_min_budgets)
1206                 return bfq_default_max_budget;
1207         else
1208                 return bfqd->bfq_max_budget;
1209 }
1210
1211 /*
1212  * Return min budget, which is a fraction of the current or default
1213  * max budget (trying with 1/32)
1214  */
1215 static int bfq_min_budget(struct bfq_data *bfqd)
1216 {
1217         if (bfqd->budgets_assigned < bfq_stats_min_budgets)
1218                 return bfq_default_max_budget / 32;
1219         else
1220                 return bfqd->bfq_max_budget / 32;
1221 }
1222
1223 /*
1224  * The next function, invoked after the input queue bfqq switches from
1225  * idle to busy, updates the budget of bfqq. The function also tells
1226  * whether the in-service queue should be expired, by returning
1227  * true. The purpose of expiring the in-service queue is to give bfqq
1228  * the chance to possibly preempt the in-service queue, and the reason
1229  * for preempting the in-service queue is to achieve one of the two
1230  * goals below.
1231  *
1232  * 1. Guarantee to bfqq its reserved bandwidth even if bfqq has
1233  * expired because it has remained idle. In particular, bfqq may have
1234  * expired for one of the following two reasons:
1235  *
1236  * - BFQQE_NO_MORE_REQUESTS bfqq did not enjoy any device idling
1237  *   and did not make it to issue a new request before its last
1238  *   request was served;
1239  *
1240  * - BFQQE_TOO_IDLE bfqq did enjoy device idling, but did not issue
1241  *   a new request before the expiration of the idling-time.
1242  *
1243  * Even if bfqq has expired for one of the above reasons, the process
1244  * associated with the queue may be however issuing requests greedily,
1245  * and thus be sensitive to the bandwidth it receives (bfqq may have
1246  * remained idle for other reasons: CPU high load, bfqq not enjoying
1247  * idling, I/O throttling somewhere in the path from the process to
1248  * the I/O scheduler, ...). But if, after every expiration for one of
1249  * the above two reasons, bfqq has to wait for the service of at least
1250  * one full budget of another queue before being served again, then
1251  * bfqq is likely to get a much lower bandwidth or resource time than
1252  * its reserved ones. To address this issue, two countermeasures need
1253  * to be taken.
1254  *
1255  * First, the budget and the timestamps of bfqq need to be updated in
1256  * a special way on bfqq reactivation: they need to be updated as if
1257  * bfqq did not remain idle and did not expire. In fact, if they are
1258  * computed as if bfqq expired and remained idle until reactivation,
1259  * then the process associated with bfqq is treated as if, instead of
1260  * being greedy, it stopped issuing requests when bfqq remained idle,
1261  * and restarts issuing requests only on this reactivation. In other
1262  * words, the scheduler does not help the process recover the "service
1263  * hole" between bfqq expiration and reactivation. As a consequence,
1264  * the process receives a lower bandwidth than its reserved one. In
1265  * contrast, to recover this hole, the budget must be updated as if
1266  * bfqq was not expired at all before this reactivation, i.e., it must
1267  * be set to the value of the remaining budget when bfqq was
1268  * expired. Along the same line, timestamps need to be assigned the
1269  * value they had the last time bfqq was selected for service, i.e.,
1270  * before last expiration. Thus timestamps need to be back-shifted
1271  * with respect to their normal computation (see [1] for more details
1272  * on this tricky aspect).
1273  *
1274  * Secondly, to allow the process to recover the hole, the in-service
1275  * queue must be expired too, to give bfqq the chance to preempt it
1276  * immediately. In fact, if bfqq has to wait for a full budget of the
1277  * in-service queue to be completed, then it may become impossible to
1278  * let the process recover the hole, even if the back-shifted
1279  * timestamps of bfqq are lower than those of the in-service queue. If
1280  * this happens for most or all of the holes, then the process may not
1281  * receive its reserved bandwidth. In this respect, it is worth noting
1282  * that, being the service of outstanding requests unpreemptible, a
1283  * little fraction of the holes may however be unrecoverable, thereby
1284  * causing a little loss of bandwidth.
1285  *
1286  * The last important point is detecting whether bfqq does need this
1287  * bandwidth recovery. In this respect, the next function deems the
1288  * process associated with bfqq greedy, and thus allows it to recover
1289  * the hole, if: 1) the process is waiting for the arrival of a new
1290  * request (which implies that bfqq expired for one of the above two
1291  * reasons), and 2) such a request has arrived soon. The first
1292  * condition is controlled through the flag non_blocking_wait_rq,
1293  * while the second through the flag arrived_in_time. If both
1294  * conditions hold, then the function computes the budget in the
1295  * above-described special way, and signals that the in-service queue
1296  * should be expired. Timestamp back-shifting is done later in
1297  * __bfq_activate_entity.
1298  *
1299  * 2. Reduce latency. Even if timestamps are not backshifted to let
1300  * the process associated with bfqq recover a service hole, bfqq may
1301  * however happen to have, after being (re)activated, a lower finish
1302  * timestamp than the in-service queue.  That is, the next budget of
1303  * bfqq may have to be completed before the one of the in-service
1304  * queue. If this is the case, then preempting the in-service queue
1305  * allows this goal to be achieved, apart from the unpreemptible,
1306  * outstanding requests mentioned above.
1307  *
1308  * Unfortunately, regardless of which of the above two goals one wants
1309  * to achieve, service trees need first to be updated to know whether
1310  * the in-service queue must be preempted. To have service trees
1311  * correctly updated, the in-service queue must be expired and
1312  * rescheduled, and bfqq must be scheduled too. This is one of the
1313  * most costly operations (in future versions, the scheduling
1314  * mechanism may be re-designed in such a way to make it possible to
1315  * know whether preemption is needed without needing to update service
1316  * trees). In addition, queue preemptions almost always cause random
1317  * I/O, and thus loss of throughput. Because of these facts, the next
1318  * function adopts the following simple scheme to avoid both costly
1319  * operations and too frequent preemptions: it requests the expiration
1320  * of the in-service queue (unconditionally) only for queues that need
1321  * to recover a hole, or that either are weight-raised or deserve to
1322  * be weight-raised.
1323  */
1324 static bool bfq_bfqq_update_budg_for_activation(struct bfq_data *bfqd,
1325                                                 struct bfq_queue *bfqq,
1326                                                 bool arrived_in_time,
1327                                                 bool wr_or_deserves_wr)
1328 {
1329         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
1330
1331         if (bfq_bfqq_non_blocking_wait_rq(bfqq) && arrived_in_time) {
1332                 /*
1333                  * We do not clear the flag non_blocking_wait_rq here, as
1334                  * the latter is used in bfq_activate_bfqq to signal
1335                  * that timestamps need to be back-shifted (and is
1336                  * cleared right after).
1337                  */
1338
1339                 /*
1340                  * In next assignment we rely on that either
1341                  * entity->service or entity->budget are not updated
1342                  * on expiration if bfqq is empty (see
1343                  * __bfq_bfqq_recalc_budget). Thus both quantities
1344                  * remain unchanged after such an expiration, and the
1345                  * following statement therefore assigns to
1346                  * entity->budget the remaining budget on such an
1347                  * expiration. For clarity, entity->service is not
1348                  * updated on expiration in any case, and, in normal
1349                  * operation, is reset only when bfqq is selected for
1350                  * service (see bfq_get_next_queue).
1351                  */
1352                 entity->budget = min_t(unsigned long,
1353                                        bfq_bfqq_budget_left(bfqq),
1354                                        bfqq->max_budget);
1355
1356                 return true;
1357         }
1358
1359         entity->budget = max_t(unsigned long, bfqq->max_budget,
1360                                bfq_serv_to_charge(bfqq->next_rq, bfqq));
1361         bfq_clear_bfqq_non_blocking_wait_rq(bfqq);
1362         return wr_or_deserves_wr;
1363 }
1364
1365 /*
1366  * Return the farthest past time instant according to jiffies
1367  * macros.
1368  */
1369 static unsigned long bfq_smallest_from_now(void)
1370 {
1371         return jiffies - MAX_JIFFY_OFFSET;
1372 }
1373
1374 static void bfq_update_bfqq_wr_on_rq_arrival(struct bfq_data *bfqd,
1375                                              struct bfq_queue *bfqq,
1376                                              unsigned int old_wr_coeff,
1377                                              bool wr_or_deserves_wr,
1378                                              bool interactive,
1379                                              bool in_burst,
1380                                              bool soft_rt)
1381 {
1382         if (old_wr_coeff == 1 && wr_or_deserves_wr) {
1383                 /* start a weight-raising period */
1384                 if (interactive) {
1385                         bfqq->service_from_wr = 0;
1386                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
1387                         bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
1388                 } else {
1389                         /*
1390                          * No interactive weight raising in progress
1391                          * here: assign minus infinity to
1392                          * wr_start_at_switch_to_srt, to make sure
1393                          * that, at the end of the soft-real-time
1394                          * weight raising periods that is starting
1395                          * now, no interactive weight-raising period
1396                          * may be wrongly considered as still in
1397                          * progress (and thus actually started by
1398                          * mistake).
1399                          */
1400                         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt =
1401                                 bfq_smallest_from_now();
1402                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff *
1403                                 BFQ_SOFTRT_WEIGHT_FACTOR;
1404                         bfqq->wr_cur_max_time =
1405                                 bfqd->bfq_wr_rt_max_time;
1406                 }
1407
1408                 /*
1409                  * If needed, further reduce budget to make sure it is
1410                  * close to bfqq's backlog, so as to reduce the
1411                  * scheduling-error component due to a too large
1412                  * budget. Do not care about throughput consequences,
1413                  * but only about latency. Finally, do not assign a
1414                  * too small budget either, to avoid increasing
1415                  * latency by causing too frequent expirations.
1416                  */
1417                 bfqq->entity.budget = min_t(unsigned long,
1418                                             bfqq->entity.budget,
1419                                             2 * bfq_min_budget(bfqd));
1420         } else if (old_wr_coeff > 1) {
1421                 if (interactive) { /* update wr coeff and duration */
1422                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
1423                         bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
1424                 } else if (in_burst)
1425                         bfqq->wr_coeff = 1;
1426                 else if (soft_rt) {
1427                         /*
1428                          * The application is now or still meeting the
1429                          * requirements for being deemed soft rt.  We
1430                          * can then correctly and safely (re)charge
1431                          * the weight-raising duration for the
1432                          * application with the weight-raising
1433                          * duration for soft rt applications.
1434                          *
1435                          * In particular, doing this recharge now, i.e.,
1436                          * before the weight-raising period for the
1437                          * application finishes, reduces the probability
1438                          * of the following negative scenario:
1439                          * 1) the weight of a soft rt application is
1440                          *    raised at startup (as for any newly
1441                          *    created application),
1442                          * 2) since the application is not interactive,
1443                          *    at a certain time weight-raising is
1444                          *    stopped for the application,
1445                          * 3) at that time the application happens to
1446                          *    still have pending requests, and hence
1447                          *    is destined to not have a chance to be
1448                          *    deemed soft rt before these requests are
1449                          *    completed (see the comments to the
1450                          *    function bfq_bfqq_softrt_next_start()
1451                          *    for details on soft rt detection),
1452                          * 4) these pending requests experience a high
1453                          *    latency because the application is not
1454                          *    weight-raised while they are pending.
1455                          */
1456                         if (bfqq->wr_cur_max_time !=
1457                                 bfqd->bfq_wr_rt_max_time) {
1458                                 bfqq->wr_start_at_switch_to_srt =
1459                                         bfqq->last_wr_start_finish;
1460
1461                                 bfqq->wr_cur_max_time =
1462                                         bfqd->bfq_wr_rt_max_time;
1463                                 bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff *
1464                                         BFQ_SOFTRT_WEIGHT_FACTOR;
1465                         }
1466                         bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
1467                 }
1468         }
1469 }
1470
1471 static bool bfq_bfqq_idle_for_long_time(struct bfq_data *bfqd,
1472                                         struct bfq_queue *bfqq)
1473 {
1474         return bfqq->dispatched == 0 &&
1475                 time_is_before_jiffies(
1476                         bfqq->budget_timeout +
1477                         bfqd->bfq_wr_min_idle_time);
1478 }
1479
1480 static void bfq_bfqq_handle_idle_busy_switch(struct bfq_data *bfqd,
1481                                              struct bfq_queue *bfqq,
1482                                              int old_wr_coeff,
1483                                              struct request *rq,
1484                                              bool *interactive)
1485 {
1486         bool soft_rt, in_burst, wr_or_deserves_wr,
1487                 bfqq_wants_to_preempt,
1488                 idle_for_long_time = bfq_bfqq_idle_for_long_time(bfqd, bfqq),
1489                 /*
1490                  * See the comments on
1491                  * bfq_bfqq_update_budg_for_activation for
1492                  * details on the usage of the next variable.
1493                  */
1494                 arrived_in_time =  ktime_get_ns() <=
1495                         bfqq->ttime.last_end_request +
1496                         bfqd->bfq_slice_idle * 3;
1497
1498
1499         /*
1500          * bfqq deserves to be weight-raised if:
1501          * - it is sync,
1502          * - it does not belong to a large burst,
1503          * - it has been idle for enough time or is soft real-time,
1504          * - is linked to a bfq_io_cq (it is not shared in any sense).
1505          */
1506         in_burst = bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq);
1507         soft_rt = bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate > 0 &&
1508                 !in_burst &&
1509                 time_is_before_jiffies(bfqq->soft_rt_next_start) &&
1510                 bfqq->dispatched == 0;
1511         *interactive = !in_burst && idle_for_long_time;
1512         wr_or_deserves_wr = bfqd->low_latency &&
1513                 (bfqq->wr_coeff > 1 ||
1514                  (bfq_bfqq_sync(bfqq) &&
1515                   bfqq->bic && (*interactive || soft_rt)));
1516
1517         /*
1518          * Using the last flag, update budget and check whether bfqq
1519          * may want to preempt the in-service queue.
1520          */
1521         bfqq_wants_to_preempt =
1522                 bfq_bfqq_update_budg_for_activation(bfqd, bfqq,
1523                                                     arrived_in_time,
1524                                                     wr_or_deserves_wr);
1525
1526         /*
1527          * If bfqq happened to be activated in a burst, but has been
1528          * idle for much more than an interactive queue, then we
1529          * assume that, in the overall I/O initiated in the burst, the
1530          * I/O associated with bfqq is finished. So bfqq does not need
1531          * to be treated as a queue belonging to a burst
1532          * anymore. Accordingly, we reset bfqq's in_large_burst flag
1533          * if set, and remove bfqq from the burst list if it's
1534          * there. We do not decrement burst_size, because the fact
1535          * that bfqq does not need to belong to the burst list any
1536          * more does not invalidate the fact that bfqq was created in
1537          * a burst.
1538          */
1539         if (likely(!bfq_bfqq_just_created(bfqq)) &&
1540             idle_for_long_time &&
1541             time_is_before_jiffies(
1542                     bfqq->budget_timeout +
1543                     msecs_to_jiffies(10000))) {
1544                 hlist_del_init(&bfqq->burst_list_node);
1545                 bfq_clear_bfqq_in_large_burst(bfqq);
1546         }
1547
1548         bfq_clear_bfqq_just_created(bfqq);
1549
1550
1551         if (!bfq_bfqq_IO_bound(bfqq)) {
1552                 if (arrived_in_time) {
1553                         bfqq->requests_within_timer++;
1554                         if (bfqq->requests_within_timer >=
1555                             bfqd->bfq_requests_within_timer)
1556                                 bfq_mark_bfqq_IO_bound(bfqq);
1557                 } else
1558                         bfqq->requests_within_timer = 0;
1559         }
1560
1561         if (bfqd->low_latency) {
1562                 if (unlikely(time_is_after_jiffies(bfqq->split_time)))
1563                         /* wraparound */
1564                         bfqq->split_time =
1565                                 jiffies - bfqd->bfq_wr_min_idle_time - 1;
1566
1567                 if (time_is_before_jiffies(bfqq->split_time +
1568                                            bfqd->bfq_wr_min_idle_time)) {
1569                         bfq_update_bfqq_wr_on_rq_arrival(bfqd, bfqq,
1570                                                          old_wr_coeff,
1571                                                          wr_or_deserves_wr,
1572                                                          *interactive,
1573                                                          in_burst,
1574                                                          soft_rt);
1575
1576                         if (old_wr_coeff != bfqq->wr_coeff)
1577                                 bfqq->entity.prio_changed = 1;
1578                 }
1579         }
1580
1581         bfqq->last_idle_bklogged = jiffies;
1582         bfqq->service_from_backlogged = 0;
1583         bfq_clear_bfqq_softrt_update(bfqq);
1584
1585         bfq_add_bfqq_busy(bfqd, bfqq);
1586
1587         /*
1588          * Expire in-service queue only if preemption may be needed
1589          * for guarantees. In this respect, the function
1590          * next_queue_may_preempt just checks a simple, necessary
1591          * condition, and not a sufficient condition based on
1592          * timestamps. In fact, for the latter condition to be
1593          * evaluated, timestamps would need first to be updated, and
1594          * this operation is quite costly (see the comments on the
1595          * function bfq_bfqq_update_budg_for_activation).
1596          */
1597         if (bfqd->in_service_queue && bfqq_wants_to_preempt &&
1598             bfqd->in_service_queue->wr_coeff < bfqq->wr_coeff &&
1599             next_queue_may_preempt(bfqd))
1600                 bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqd->in_service_queue,
1601                                 false, BFQQE_PREEMPTED);
1602 }
1603
1604 static void bfq_add_request(struct request *rq)
1605 {
1606         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
1607         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
1608         struct request *next_rq, *prev;
1609         unsigned int old_wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
1610         bool interactive = false;
1611
1612         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "add_request %d", rq_is_sync(rq));
1613         bfqq->queued[rq_is_sync(rq)]++;
1614         bfqd->queued++;
1615
1616         elv_rb_add(&bfqq->sort_list, rq);
1617
1618         /*
1619          * Check if this request is a better next-serve candidate.
1620          */
1621         prev = bfqq->next_rq;
1622         next_rq = bfq_choose_req(bfqd, bfqq->next_rq, rq, bfqd->last_position);
1623         bfqq->next_rq = next_rq;
1624
1625         /*
1626          * Adjust priority tree position, if next_rq changes.
1627          */
1628         if (prev != bfqq->next_rq)
1629                 bfq_pos_tree_add_move(bfqd, bfqq);
1630
1631         if (!bfq_bfqq_busy(bfqq)) /* switching to busy ... */
1632                 bfq_bfqq_handle_idle_busy_switch(bfqd, bfqq, old_wr_coeff,
1633                                                  rq, &interactive);
1634         else {
1635                 if (bfqd->low_latency && old_wr_coeff == 1 && !rq_is_sync(rq) &&
1636                     time_is_before_jiffies(
1637                                 bfqq->last_wr_start_finish +
1638                                 bfqd->bfq_wr_min_inter_arr_async)) {
1639                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
1640                         bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
1641
1642                         bfqd->wr_busy_queues++;
1643                         bfqq->entity.prio_changed = 1;
1644                 }
1645                 if (prev != bfqq->next_rq)
1646                         bfq_updated_next_req(bfqd, bfqq);
1647         }
1648
1649         /*
1650          * Assign jiffies to last_wr_start_finish in the following
1651          * cases:
1652          *
1653          * . if bfqq is not going to be weight-raised, because, for
1654          *   non weight-raised queues, last_wr_start_finish stores the
1655          *   arrival time of the last request; as of now, this piece
1656          *   of information is used only for deciding whether to
1657          *   weight-raise async queues
1658          *
1659          * . if bfqq is not weight-raised, because, if bfqq is now
1660          *   switching to weight-raised, then last_wr_start_finish
1661          *   stores the time when weight-raising starts
1662          *
1663          * . if bfqq is interactive, because, regardless of whether
1664          *   bfqq is currently weight-raised, the weight-raising
1665          *   period must start or restart (this case is considered
1666          *   separately because it is not detected by the above
1667          *   conditions, if bfqq is already weight-raised)
1668          *
1669          * last_wr_start_finish has to be updated also if bfqq is soft
1670          * real-time, because the weight-raising period is constantly
1671          * restarted on idle-to-busy transitions for these queues, but
1672          * this is already done in bfq_bfqq_handle_idle_busy_switch if
1673          * needed.
1674          */
1675         if (bfqd->low_latency &&
1676                 (old_wr_coeff == 1 || bfqq->wr_coeff == 1 || interactive))
1677                 bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
1678 }
1679
1680 static struct request *bfq_find_rq_fmerge(struct bfq_data *bfqd,
1681                                           struct bio *bio,
1682                                           struct request_queue *q)
1683 {
1684         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->bio_bfqq;
1685
1686
1687         if (bfqq)
1688                 return elv_rb_find(&bfqq->sort_list, bio_end_sector(bio));
1689
1690         return NULL;
1691 }
1692
1693 static sector_t get_sdist(sector_t last_pos, struct request *rq)
1694 {
1695         if (last_pos)
1696                 return abs(blk_rq_pos(rq) - last_pos);
1697
1698         return 0;
1699 }
1700
1701 #if 0 /* Still not clear if we can do without next two functions */
1702 static void bfq_activate_request(struct request_queue *q, struct request *rq)
1703 {
1704         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
1705
1706         bfqd->rq_in_driver++;
1707 }
1708
1709 static void bfq_deactivate_request(struct request_queue *q, struct request *rq)
1710 {
1711         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
1712
1713         bfqd->rq_in_driver--;
1714 }
1715 #endif
1716
1717 static void bfq_remove_request(struct request_queue *q,
1718                                struct request *rq)
1719 {
1720         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
1721         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
1722         const int sync = rq_is_sync(rq);
1723
1724         if (bfqq->next_rq == rq) {
1725                 bfqq->next_rq = bfq_find_next_rq(bfqd, bfqq, rq);
1726                 bfq_updated_next_req(bfqd, bfqq);
1727         }
1728
1729         if (rq->queuelist.prev != &rq->queuelist)
1730                 list_del_init(&rq->queuelist);
1731         bfqq->queued[sync]--;
1732         bfqd->queued--;
1733         elv_rb_del(&bfqq->sort_list, rq);
1734
1735         elv_rqhash_del(q, rq);
1736         if (q->last_merge == rq)
1737                 q->last_merge = NULL;
1738
1739         if (RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list)) {
1740                 bfqq->next_rq = NULL;
1741
1742                 if (bfq_bfqq_busy(bfqq) && bfqq != bfqd->in_service_queue) {
1743                         bfq_del_bfqq_busy(bfqd, bfqq, false);
1744                         /*
1745                          * bfqq emptied. In normal operation, when
1746                          * bfqq is empty, bfqq->entity.service and
1747                          * bfqq->entity.budget must contain,
1748                          * respectively, the service received and the
1749                          * budget used last time bfqq emptied. These
1750                          * facts do not hold in this case, as at least
1751                          * this last removal occurred while bfqq is
1752                          * not in service. To avoid inconsistencies,
1753                          * reset both bfqq->entity.service and
1754                          * bfqq->entity.budget, if bfqq has still a
1755                          * process that may issue I/O requests to it.
1756                          */
1757                         bfqq->entity.budget = bfqq->entity.service = 0;
1758                 }
1759
1760                 /*
1761                  * Remove queue from request-position tree as it is empty.
1762                  */
1763                 if (bfqq->pos_root) {
1764                         rb_erase(&bfqq->pos_node, bfqq->pos_root);
1765                         bfqq->pos_root = NULL;
1766                 }
1767         } else {
1768                 bfq_pos_tree_add_move(bfqd, bfqq);
1769         }
1770
1771         if (rq->cmd_flags & REQ_META)
1772                 bfqq->meta_pending--;
1773
1774 }
1775
1776 static bool bfq_bio_merge(struct blk_mq_hw_ctx *hctx, struct bio *bio)
1777 {
1778         struct request_queue *q = hctx->queue;
1779         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
1780         struct request *free = NULL;
1781         /*
1782          * bfq_bic_lookup grabs the queue_lock: invoke it now and
1783          * store its return value for later use, to avoid nesting
1784          * queue_lock inside the bfqd->lock. We assume that the bic
1785          * returned by bfq_bic_lookup does not go away before
1786          * bfqd->lock is taken.
1787          */
1788         struct bfq_io_cq *bic = bfq_bic_lookup(bfqd, current->io_context, q);
1789         bool ret;
1790
1791         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
1792
1793         if (bic)
1794                 bfqd->bio_bfqq = bic_to_bfqq(bic, op_is_sync(bio->bi_opf));
1795         else
1796                 bfqd->bio_bfqq = NULL;
1797         bfqd->bio_bic = bic;
1798
1799         ret = blk_mq_sched_try_merge(q, bio, &free);
1800
1801         if (free)
1802                 blk_mq_free_request(free);
1803         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
1804
1805         return ret;
1806 }
1807
1808 static int bfq_request_merge(struct request_queue *q, struct request **req,
1809                              struct bio *bio)
1810 {
1811         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
1812         struct request *__rq;
1813
1814         __rq = bfq_find_rq_fmerge(bfqd, bio, q);
1815         if (__rq && elv_bio_merge_ok(__rq, bio)) {
1816                 *req = __rq;
1817                 return ELEVATOR_FRONT_MERGE;
1818         }
1819
1820         return ELEVATOR_NO_MERGE;
1821 }
1822
1823 static struct bfq_queue *bfq_init_rq(struct request *rq);
1824
1825 static void bfq_request_merged(struct request_queue *q, struct request *req,
1826                                enum elv_merge type)
1827 {
1828         if (type == ELEVATOR_FRONT_MERGE &&
1829             rb_prev(&req->rb_node) &&
1830             blk_rq_pos(req) <
1831             blk_rq_pos(container_of(rb_prev(&req->rb_node),
1832                                     struct request, rb_node))) {
1833                 struct bfq_queue *bfqq = bfq_init_rq(req);
1834                 struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
1835                 struct request *prev, *next_rq;
1836
1837                 /* Reposition request in its sort_list */
1838                 elv_rb_del(&bfqq->sort_list, req);
1839                 elv_rb_add(&bfqq->sort_list, req);
1840
1841                 /* Choose next request to be served for bfqq */
1842                 prev = bfqq->next_rq;
1843                 next_rq = bfq_choose_req(bfqd, bfqq->next_rq, req,
1844                                          bfqd->last_position);
1845                 bfqq->next_rq = next_rq;
1846                 /*
1847                  * If next_rq changes, update both the queue's budget to
1848                  * fit the new request and the queue's position in its
1849                  * rq_pos_tree.
1850                  */
1851                 if (prev != bfqq->next_rq) {
1852                         bfq_updated_next_req(bfqd, bfqq);
1853                         bfq_pos_tree_add_move(bfqd, bfqq);
1854                 }
1855         }
1856 }
1857
1858 /*
1859  * This function is called to notify the scheduler that the requests
1860  * rq and 'next' have been merged, with 'next' going away.  BFQ
1861  * exploits this hook to address the following issue: if 'next' has a
1862  * fifo_time lower that rq, then the fifo_time of rq must be set to
1863  * the value of 'next', to not forget the greater age of 'next'.
1864  *
1865  * NOTE: in this function we assume that rq is in a bfq_queue, basing
1866  * on that rq is picked from the hash table q->elevator->hash, which,
1867  * in its turn, is filled only with I/O requests present in
1868  * bfq_queues, while BFQ is in use for the request queue q. In fact,
1869  * the function that fills this hash table (elv_rqhash_add) is called
1870  * only by bfq_insert_request.
1871  */
1872 static void bfq_requests_merged(struct request_queue *q, struct request *rq,
1873                                 struct request *next)
1874 {
1875         struct bfq_queue *bfqq = bfq_init_rq(rq),
1876                 *next_bfqq = bfq_init_rq(next);
1877
1878         /*
1879          * If next and rq belong to the same bfq_queue and next is older
1880          * than rq, then reposition rq in the fifo (by substituting next
1881          * with rq). Otherwise, if next and rq belong to different
1882          * bfq_queues, never reposition rq: in fact, we would have to
1883          * reposition it with respect to next's position in its own fifo,
1884          * which would most certainly be too expensive with respect to
1885          * the benefits.
1886          */
1887         if (bfqq == next_bfqq &&
1888             !list_empty(&rq->queuelist) && !list_empty(&next->queuelist) &&
1889             next->fifo_time < rq->fifo_time) {
1890                 list_del_init(&rq->queuelist);
1891                 list_replace_init(&next->queuelist, &rq->queuelist);
1892                 rq->fifo_time = next->fifo_time;
1893         }
1894
1895         if (bfqq->next_rq == next)
1896                 bfqq->next_rq = rq;
1897
1898         bfqg_stats_update_io_merged(bfqq_group(bfqq), next->cmd_flags);
1899 }
1900
1901 /* Must be called with bfqq != NULL */
1902 static void bfq_bfqq_end_wr(struct bfq_queue *bfqq)
1903 {
1904         if (bfq_bfqq_busy(bfqq))
1905                 bfqq->bfqd->wr_busy_queues--;
1906         bfqq->wr_coeff = 1;
1907         bfqq->wr_cur_max_time = 0;
1908         bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
1909         /*
1910          * Trigger a weight change on the next invocation of
1911          * __bfq_entity_update_weight_prio.
1912          */
1913         bfqq->entity.prio_changed = 1;
1914 }
1915
1916 void bfq_end_wr_async_queues(struct bfq_data *bfqd,
1917                              struct bfq_group *bfqg)
1918 {
1919         int i, j;
1920
1921         for (i = 0; i < 2; i++)
1922                 for (j = 0; j < IOPRIO_BE_NR; j++)
1923                         if (bfqg->async_bfqq[i][j])
1924                                 bfq_bfqq_end_wr(bfqg->async_bfqq[i][j]);
1925         if (bfqg->async_idle_bfqq)
1926                 bfq_bfqq_end_wr(bfqg->async_idle_bfqq);
1927 }
1928
1929 static void bfq_end_wr(struct bfq_data *bfqd)
1930 {
1931         struct bfq_queue *bfqq;
1932
1933         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
1934
1935         list_for_each_entry(bfqq, &bfqd->active_list, bfqq_list)
1936                 bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
1937         list_for_each_entry(bfqq, &bfqd->idle_list, bfqq_list)
1938                 bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
1939         bfq_end_wr_async(bfqd);
1940
1941         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
1942 }
1943
1944 static sector_t bfq_io_struct_pos(void *io_struct, bool request)
1945 {
1946         if (request)
1947                 return blk_rq_pos(io_struct);
1948         else
1949                 return ((struct bio *)io_struct)->bi_iter.bi_sector;
1950 }
1951
1952 static int bfq_rq_close_to_sector(void *io_struct, bool request,
1953                                   sector_t sector)
1954 {
1955         return abs(bfq_io_struct_pos(io_struct, request) - sector) <=
1956                BFQQ_CLOSE_THR;
1957 }
1958
1959 static struct bfq_queue *bfqq_find_close(struct bfq_data *bfqd,
1960                                          struct bfq_queue *bfqq,
1961                                          sector_t sector)
1962 {
1963         struct rb_root *root = &bfq_bfqq_to_bfqg(bfqq)->rq_pos_tree;
1964         struct rb_node *parent, *node;
1965         struct bfq_queue *__bfqq;
1966
1967         if (RB_EMPTY_ROOT(root))
1968                 return NULL;
1969
1970         /*
1971          * First, if we find a request starting at the end of the last
1972          * request, choose it.
1973          */
1974         __bfqq = bfq_rq_pos_tree_lookup(bfqd, root, sector, &parent, NULL);
1975         if (__bfqq)
1976                 return __bfqq;
1977
1978         /*
1979          * If the exact sector wasn't found, the parent of the NULL leaf
1980          * will contain the closest sector (rq_pos_tree sorted by
1981          * next_request position).
1982          */
1983         __bfqq = rb_entry(parent, struct bfq_queue, pos_node);
1984         if (bfq_rq_close_to_sector(__bfqq->next_rq, true, sector))
1985                 return __bfqq;
1986
1987         if (blk_rq_pos(__bfqq->next_rq) < sector)
1988                 node = rb_next(&__bfqq->pos_node);
1989         else
1990                 node = rb_prev(&__bfqq->pos_node);
1991         if (!node)
1992                 return NULL;
1993
1994         __bfqq = rb_entry(node, struct bfq_queue, pos_node);
1995         if (bfq_rq_close_to_sector(__bfqq->next_rq, true, sector))
1996                 return __bfqq;
1997
1998         return NULL;
1999 }
2000
2001 static struct bfq_queue *bfq_find_close_cooperator(struct bfq_data *bfqd,
2002                                                    struct bfq_queue *cur_bfqq,
2003                                                    sector_t sector)
2004 {
2005         struct bfq_queue *bfqq;
2006
2007         /*
2008          * We shall notice if some of the queues are cooperating,
2009          * e.g., working closely on the same area of the device. In
2010          * that case, we can group them together and: 1) don't waste
2011          * time idling, and 2) serve the union of their requests in
2012          * the best possible order for throughput.
2013          */
2014         bfqq = bfqq_find_close(bfqd, cur_bfqq, sector);
2015         if (!bfqq || bfqq == cur_bfqq)
2016                 return NULL;
2017
2018         return bfqq;
2019 }
2020
2021 static struct bfq_queue *
2022 bfq_setup_merge(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_queue *new_bfqq)
2023 {
2024         int process_refs, new_process_refs;
2025         struct bfq_queue *__bfqq;
2026
2027         /*
2028          * If there are no process references on the new_bfqq, then it is
2029          * unsafe to follow the ->new_bfqq chain as other bfqq's in the chain
2030          * may have dropped their last reference (not just their last process
2031          * reference).
2032          */
2033         if (!bfqq_process_refs(new_bfqq))
2034                 return NULL;
2035
2036         /* Avoid a circular list and skip interim queue merges. */
2037         while ((__bfqq = new_bfqq->new_bfqq)) {
2038                 if (__bfqq == bfqq)
2039                         return NULL;
2040                 new_bfqq = __bfqq;
2041         }
2042
2043         process_refs = bfqq_process_refs(bfqq);
2044         new_process_refs = bfqq_process_refs(new_bfqq);
2045         /*
2046          * If the process for the bfqq has gone away, there is no
2047          * sense in merging the queues.
2048          */
2049         if (process_refs == 0 || new_process_refs == 0)
2050                 return NULL;
2051
2052         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "scheduling merge with queue %d",
2053                 new_bfqq->pid);
2054
2055         /*
2056          * Merging is just a redirection: the requests of the process
2057          * owning one of the two queues are redirected to the other queue.
2058          * The latter queue, in its turn, is set as shared if this is the
2059          * first time that the requests of some process are redirected to
2060          * it.
2061          *
2062          * We redirect bfqq to new_bfqq and not the opposite, because
2063          * we are in the context of the process owning bfqq, thus we
2064          * have the io_cq of this process. So we can immediately
2065          * configure this io_cq to redirect the requests of the
2066          * process to new_bfqq. In contrast, the io_cq of new_bfqq is
2067          * not available any more (new_bfqq->bic == NULL).
2068          *
2069          * Anyway, even in case new_bfqq coincides with the in-service
2070          * queue, redirecting requests the in-service queue is the
2071          * best option, as we feed the in-service queue with new
2072          * requests close to the last request served and, by doing so,
2073          * are likely to increase the throughput.
2074          */
2075         bfqq->new_bfqq = new_bfqq;
2076         new_bfqq->ref += process_refs;
2077         return new_bfqq;
2078 }
2079
2080 static bool bfq_may_be_close_cooperator(struct bfq_queue *bfqq,
2081                                         struct bfq_queue *new_bfqq)
2082 {
2083         if (bfq_too_late_for_merging(new_bfqq))
2084                 return false;
2085
2086         if (bfq_class_idle(bfqq) || bfq_class_idle(new_bfqq) ||
2087             (bfqq->ioprio_class != new_bfqq->ioprio_class))
2088                 return false;
2089
2090         /*
2091          * If either of the queues has already been detected as seeky,
2092          * then merging it with the other queue is unlikely to lead to
2093          * sequential I/O.
2094          */
2095         if (BFQQ_SEEKY(bfqq) || BFQQ_SEEKY(new_bfqq))
2096                 return false;
2097
2098         /*
2099          * Interleaved I/O is known to be done by (some) applications
2100          * only for reads, so it does not make sense to merge async
2101          * queues.
2102          */
2103         if (!bfq_bfqq_sync(bfqq) || !bfq_bfqq_sync(new_bfqq))
2104                 return false;
2105
2106         return true;
2107 }
2108
2109 /*
2110  * Attempt to schedule a merge of bfqq with the currently in-service
2111  * queue or with a close queue among the scheduled queues.  Return
2112  * NULL if no merge was scheduled, a pointer to the shared bfq_queue
2113  * structure otherwise.
2114  *
2115  * The OOM queue is not allowed to participate to cooperation: in fact, since
2116  * the requests temporarily redirected to the OOM queue could be redirected
2117  * again to dedicated queues at any time, the state needed to correctly
2118  * handle merging with the OOM queue would be quite complex and expensive
2119  * to maintain. Besides, in such a critical condition as an out of memory,
2120  * the benefits of queue merging may be little relevant, or even negligible.
2121  *
2122  * WARNING: queue merging may impair fairness among non-weight raised
2123  * queues, for at least two reasons: 1) the original weight of a
2124  * merged queue may change during the merged state, 2) even being the
2125  * weight the same, a merged queue may be bloated with many more
2126  * requests than the ones produced by its originally-associated
2127  * process.
2128  */
2129 static struct bfq_queue *
2130 bfq_setup_cooperator(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
2131                      void *io_struct, bool request)
2132 {
2133         struct bfq_queue *in_service_bfqq, *new_bfqq;
2134
2135         /*
2136          * Prevent bfqq from being merged if it has been created too
2137          * long ago. The idea is that true cooperating processes, and
2138          * thus their associated bfq_queues, are supposed to be
2139          * created shortly after each other. This is the case, e.g.,
2140          * for KVM/QEMU and dump I/O threads. Basing on this
2141          * assumption, the following filtering greatly reduces the
2142          * probability that two non-cooperating processes, which just
2143          * happen to do close I/O for some short time interval, have
2144          * their queues merged by mistake.
2145          */
2146         if (bfq_too_late_for_merging(bfqq))
2147                 return NULL;
2148
2149         if (bfqq->new_bfqq)
2150                 return bfqq->new_bfqq;
2151
2152         if (!io_struct || unlikely(bfqq == &bfqd->oom_bfqq))
2153                 return NULL;
2154
2155         /* If there is only one backlogged queue, don't search. */
2156         if (bfqd->busy_queues == 1)
2157                 return NULL;
2158
2159         in_service_bfqq = bfqd->in_service_queue;
2160
2161         if (in_service_bfqq && in_service_bfqq != bfqq &&
2162             likely(in_service_bfqq != &bfqd->oom_bfqq) &&
2163             bfq_rq_close_to_sector(io_struct, request, bfqd->last_position) &&
2164             bfqq->entity.parent == in_service_bfqq->entity.parent &&
2165             bfq_may_be_close_cooperator(bfqq, in_service_bfqq)) {
2166                 new_bfqq = bfq_setup_merge(bfqq, in_service_bfqq);
2167                 if (new_bfqq)
2168                         return new_bfqq;
2169         }
2170         /*
2171          * Check whether there is a cooperator among currently scheduled
2172          * queues. The only thing we need is that the bio/request is not
2173          * NULL, as we need it to establish whether a cooperator exists.
2174          */
2175         new_bfqq = bfq_find_close_cooperator(bfqd, bfqq,
2176                         bfq_io_struct_pos(io_struct, request));
2177
2178         if (new_bfqq && likely(new_bfqq != &bfqd->oom_bfqq) &&
2179             bfq_may_be_close_cooperator(bfqq, new_bfqq))
2180                 return bfq_setup_merge(bfqq, new_bfqq);
2181
2182         return NULL;
2183 }
2184
2185 static void bfq_bfqq_save_state(struct bfq_queue *bfqq)
2186 {
2187         struct bfq_io_cq *bic = bfqq->bic;
2188
2189         /*
2190          * If !bfqq->bic, the queue is already shared or its requests
2191          * have already been redirected to a shared queue; both idle window
2192          * and weight raising state have already been saved. Do nothing.
2193          */
2194         if (!bic)
2195                 return;
2196
2197         bic->saved_ttime = bfqq->ttime;
2198         bic->saved_has_short_ttime = bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
2199         bic->saved_IO_bound = bfq_bfqq_IO_bound(bfqq);
2200         bic->saved_in_large_burst = bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq);
2201         bic->was_in_burst_list = !hlist_unhashed(&bfqq->burst_list_node);
2202         if (unlikely(bfq_bfqq_just_created(bfqq) &&
2203                      !bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq) &&
2204                      bfqq->bfqd->low_latency)) {
2205                 /*
2206                  * bfqq being merged right after being created: bfqq
2207                  * would have deserved interactive weight raising, but
2208                  * did not make it to be set in a weight-raised state,
2209                  * because of this early merge. Store directly the
2210                  * weight-raising state that would have been assigned
2211                  * to bfqq, so that to avoid that bfqq unjustly fails
2212                  * to enjoy weight raising if split soon.
2213                  */
2214                 bic->saved_wr_coeff = bfqq->bfqd->bfq_wr_coeff;
2215                 bic->saved_wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqq->bfqd);
2216                 bic->saved_last_wr_start_finish = jiffies;
2217         } else {
2218                 bic->saved_wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
2219                 bic->saved_wr_start_at_switch_to_srt =
2220                         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt;
2221                 bic->saved_last_wr_start_finish = bfqq->last_wr_start_finish;
2222                 bic->saved_wr_cur_max_time = bfqq->wr_cur_max_time;
2223         }
2224 }
2225
2226 static void
2227 bfq_merge_bfqqs(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_io_cq *bic,
2228                 struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_queue *new_bfqq)
2229 {
2230         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "merging with queue %lu",
2231                 (unsigned long)new_bfqq->pid);
2232         /* Save weight raising and idle window of the merged queues */
2233         bfq_bfqq_save_state(bfqq);
2234         bfq_bfqq_save_state(new_bfqq);
2235         if (bfq_bfqq_IO_bound(bfqq))
2236                 bfq_mark_bfqq_IO_bound(new_bfqq);
2237         bfq_clear_bfqq_IO_bound(bfqq);
2238
2239         /*
2240          * If bfqq is weight-raised, then let new_bfqq inherit
2241          * weight-raising. To reduce false positives, neglect the case
2242          * where bfqq has just been created, but has not yet made it
2243          * to be weight-raised (which may happen because EQM may merge
2244          * bfqq even before bfq_add_request is executed for the first
2245          * time for bfqq). Handling this case would however be very
2246          * easy, thanks to the flag just_created.
2247          */
2248         if (new_bfqq->wr_coeff == 1 && bfqq->wr_coeff > 1) {
2249                 new_bfqq->wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
2250                 new_bfqq->wr_cur_max_time = bfqq->wr_cur_max_time;
2251                 new_bfqq->last_wr_start_finish = bfqq->last_wr_start_finish;
2252                 new_bfqq->wr_start_at_switch_to_srt =
2253                         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt;
2254                 if (bfq_bfqq_busy(new_bfqq))
2255                         bfqd->wr_busy_queues++;
2256                 new_bfqq->entity.prio_changed = 1;
2257         }
2258
2259         if (bfqq->wr_coeff > 1) { /* bfqq has given its wr to new_bfqq */
2260                 bfqq->wr_coeff = 1;
2261                 bfqq->entity.prio_changed = 1;
2262                 if (bfq_bfqq_busy(bfqq))
2263                         bfqd->wr_busy_queues--;
2264         }
2265
2266         bfq_log_bfqq(bfqd, new_bfqq, "merge_bfqqs: wr_busy %d",
2267                      bfqd->wr_busy_queues);
2268
2269         /*
2270          * Merge queues (that is, let bic redirect its requests to new_bfqq)
2271          */
2272         bic_set_bfqq(bic, new_bfqq, 1);
2273         bfq_mark_bfqq_coop(new_bfqq);
2274         /*
2275          * new_bfqq now belongs to at least two bics (it is a shared queue):
2276          * set new_bfqq->bic to NULL. bfqq either:
2277          * - does not belong to any bic any more, and hence bfqq->bic must
2278          *   be set to NULL, or
2279          * - is a queue whose owning bics have already been redirected to a
2280          *   different queue, hence the queue is destined to not belong to
2281          *   any bic soon and bfqq->bic is already NULL (therefore the next
2282          *   assignment causes no harm).
2283          */
2284         new_bfqq->bic = NULL;
2285         bfqq->bic = NULL;
2286         /* release process reference to bfqq */
2287         bfq_put_queue(bfqq);
2288 }
2289
2290 static bool bfq_allow_bio_merge(struct request_queue *q, struct request *rq,
2291                                 struct bio *bio)
2292 {
2293         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
2294         bool is_sync = op_is_sync(bio->bi_opf);
2295         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->bio_bfqq, *new_bfqq;
2296
2297         /*
2298          * Disallow merge of a sync bio into an async request.
2299          */
2300         if (is_sync && !rq_is_sync(rq))
2301                 return false;
2302
2303         /*
2304          * Lookup the bfqq that this bio will be queued with. Allow
2305          * merge only if rq is queued there.
2306          */
2307         if (!bfqq)
2308                 return false;
2309
2310         /*
2311          * We take advantage of this function to perform an early merge
2312          * of the queues of possible cooperating processes.
2313          */
2314         new_bfqq = bfq_setup_cooperator(bfqd, bfqq, bio, false);
2315         if (new_bfqq) {
2316                 /*
2317                  * bic still points to bfqq, then it has not yet been
2318                  * redirected to some other bfq_queue, and a queue
2319                  * merge beween bfqq and new_bfqq can be safely
2320                  * fulfillled, i.e., bic can be redirected to new_bfqq
2321                  * and bfqq can be put.
2322                  */
2323                 bfq_merge_bfqqs(bfqd, bfqd->bio_bic, bfqq,
2324                                 new_bfqq);
2325                 /*
2326                  * If we get here, bio will be queued into new_queue,
2327                  * so use new_bfqq to decide whether bio and rq can be
2328                  * merged.
2329                  */
2330                 bfqq = new_bfqq;
2331
2332                 /*
2333                  * Change also bqfd->bio_bfqq, as
2334                  * bfqd->bio_bic now points to new_bfqq, and
2335                  * this function may be invoked again (and then may
2336                  * use again bqfd->bio_bfqq).
2337                  */
2338                 bfqd->bio_bfqq = bfqq;
2339         }
2340
2341         return bfqq == RQ_BFQQ(rq);
2342 }
2343
2344 /*
2345  * Set the maximum time for the in-service queue to consume its
2346  * budget. This prevents seeky processes from lowering the throughput.
2347  * In practice, a time-slice service scheme is used with seeky
2348  * processes.
2349  */
2350 static void bfq_set_budget_timeout(struct bfq_data *bfqd,
2351                                    struct bfq_queue *bfqq)
2352 {
2353         unsigned int timeout_coeff;
2354
2355         if (bfqq->wr_cur_max_time == bfqd->bfq_wr_rt_max_time)
2356                 timeout_coeff = 1;
2357         else
2358                 timeout_coeff = bfqq->entity.weight / bfqq->entity.orig_weight;
2359
2360         bfqd->last_budget_start = ktime_get();
2361
2362         bfqq->budget_timeout = jiffies +
2363                 bfqd->bfq_timeout * timeout_coeff;
2364 }
2365
2366 static void __bfq_set_in_service_queue(struct bfq_data *bfqd,
2367                                        struct bfq_queue *bfqq)
2368 {
2369         if (bfqq) {
2370                 bfq_clear_bfqq_fifo_expire(bfqq);
2371
2372                 bfqd->budgets_assigned = (bfqd->budgets_assigned * 7 + 256) / 8;
2373
2374                 if (time_is_before_jiffies(bfqq->last_wr_start_finish) &&
2375                     bfqq->wr_coeff > 1 &&
2376                     bfqq->wr_cur_max_time == bfqd->bfq_wr_rt_max_time &&
2377                     time_is_before_jiffies(bfqq->budget_timeout)) {
2378                         /*
2379                          * For soft real-time queues, move the start
2380                          * of the weight-raising period forward by the
2381                          * time the queue has not received any
2382                          * service. Otherwise, a relatively long
2383                          * service delay is likely to cause the
2384                          * weight-raising period of the queue to end,
2385                          * because of the short duration of the
2386                          * weight-raising period of a soft real-time
2387                          * queue.  It is worth noting that this move
2388                          * is not so dangerous for the other queues,
2389                          * because soft real-time queues are not
2390                          * greedy.
2391                          *
2392                          * To not add a further variable, we use the
2393                          * overloaded field budget_timeout to
2394                          * determine for how long the queue has not
2395                          * received service, i.e., how much time has
2396                          * elapsed since the queue expired. However,
2397                          * this is a little imprecise, because
2398                          * budget_timeout is set to jiffies if bfqq
2399                          * not only expires, but also remains with no
2400                          * request.
2401                          */
2402                         if (time_after(bfqq->budget_timeout,
2403                                        bfqq->last_wr_start_finish))
2404                                 bfqq->last_wr_start_finish +=
2405                                         jiffies - bfqq->budget_timeout;
2406                         else
2407                                 bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
2408                 }
2409
2410                 bfq_set_budget_timeout(bfqd, bfqq);
2411                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq,
2412                              "set_in_service_queue, cur-budget = %d",
2413                              bfqq->entity.budget);
2414         }
2415
2416         bfqd->in_service_queue = bfqq;
2417 }
2418
2419 /*
2420  * Get and set a new queue for service.
2421  */
2422 static struct bfq_queue *bfq_set_in_service_queue(struct bfq_data *bfqd)
2423 {
2424         struct bfq_queue *bfqq = bfq_get_next_queue(bfqd);
2425
2426         __bfq_set_in_service_queue(bfqd, bfqq);
2427         return bfqq;
2428 }
2429
2430 static void bfq_arm_slice_timer(struct bfq_data *bfqd)
2431 {
2432         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->in_service_queue;
2433         u32 sl;
2434
2435         bfq_mark_bfqq_wait_request(bfqq);
2436
2437         /*
2438          * We don't want to idle for seeks, but we do want to allow
2439          * fair distribution of slice time for a process doing back-to-back
2440          * seeks. So allow a little bit of time for him to submit a new rq.
2441          */
2442         sl = bfqd->bfq_slice_idle;
2443         /*
2444          * Unless the queue is being weight-raised or the scenario is
2445          * asymmetric, grant only minimum idle time if the queue
2446          * is seeky. A long idling is preserved for a weight-raised
2447          * queue, or, more in general, in an asymmetric scenario,
2448          * because a long idling is needed for guaranteeing to a queue
2449          * its reserved share of the throughput (in particular, it is
2450          * needed if the queue has a higher weight than some other
2451          * queue).
2452          */
2453         if (BFQQ_SEEKY(bfqq) && bfqq->wr_coeff == 1 &&
2454             bfq_symmetric_scenario(bfqd))
2455                 sl = min_t(u64, sl, BFQ_MIN_TT);
2456
2457         bfqd->last_idling_start = ktime_get();
2458         hrtimer_start(&bfqd->idle_slice_timer, ns_to_ktime(sl),
2459                       HRTIMER_MODE_REL);
2460         bfqg_stats_set_start_idle_time(bfqq_group(bfqq));
2461 }
2462
2463 /*
2464  * In autotuning mode, max_budget is dynamically recomputed as the
2465  * amount of sectors transferred in timeout at the estimated peak
2466  * rate. This enables BFQ to utilize a full timeslice with a full
2467  * budget, even if the in-service queue is served at peak rate. And
2468  * this maximises throughput with sequential workloads.
2469  */
2470 static unsigned long bfq_calc_max_budget(struct bfq_data *bfqd)
2471 {
2472         return (u64)bfqd->peak_rate * USEC_PER_MSEC *
2473                 jiffies_to_msecs(bfqd->bfq_timeout)>>BFQ_RATE_SHIFT;
2474 }
2475
2476 /*
2477  * Update parameters related to throughput and responsiveness, as a
2478  * function of the estimated peak rate. See comments on
2479  * bfq_calc_max_budget(), and on the ref_wr_duration array.
2480  */
2481 static void update_thr_responsiveness_params(struct bfq_data *bfqd)
2482 {
2483         if (bfqd->bfq_user_max_budget == 0) {
2484                 bfqd->bfq_max_budget =
2485                         bfq_calc_max_budget(bfqd);
2486                 bfq_log(bfqd, "new max_budget = %d", bfqd->bfq_max_budget);
2487         }
2488 }
2489
2490 static void bfq_reset_rate_computation(struct bfq_data *bfqd,
2491                                        struct request *rq)
2492 {
2493         if (rq != NULL) { /* new rq dispatch now, reset accordingly */
2494                 bfqd->last_dispatch = bfqd->first_dispatch = ktime_get_ns();
2495                 bfqd->peak_rate_samples = 1;
2496                 bfqd->sequential_samples = 0;
2497                 bfqd->tot_sectors_dispatched = bfqd->last_rq_max_size =
2498                         blk_rq_sectors(rq);
2499         } else /* no new rq dispatched, just reset the number of samples */
2500                 bfqd->peak_rate_samples = 0; /* full re-init on next disp. */
2501
2502         bfq_log(bfqd,
2503                 "reset_rate_computation at end, sample %u/%u tot_sects %llu",
2504                 bfqd->peak_rate_samples, bfqd->sequential_samples,
2505                 bfqd->tot_sectors_dispatched);
2506 }
2507
2508 static void bfq_update_rate_reset(struct bfq_data *bfqd, struct request *rq)
2509 {
2510         u32 rate, weight, divisor;
2511
2512         /*
2513          * For the convergence property to hold (see comments on
2514          * bfq_update_peak_rate()) and for the assessment to be
2515          * reliable, a minimum number of samples must be present, and
2516          * a minimum amount of time must have elapsed. If not so, do
2517          * not compute new rate. Just reset parameters, to get ready
2518          * for a new evaluation attempt.
2519          */
2520         if (bfqd->peak_rate_samples < BFQ_RATE_MIN_SAMPLES ||
2521             bfqd->delta_from_first < BFQ_RATE_MIN_INTERVAL)
2522                 goto reset_computation;
2523
2524         /*
2525          * If a new request completion has occurred after last
2526          * dispatch, then, to approximate the rate at which requests
2527          * have been served by the device, it is more precise to
2528          * extend the observation interval to the last completion.
2529          */
2530         bfqd->delta_from_first =
2531                 max_t(u64, bfqd->delta_from_first,
2532                       bfqd->last_completion - bfqd->first_dispatch);
2533
2534         /*
2535          * Rate computed in sects/usec, and not sects/nsec, for
2536          * precision issues.
2537          */
2538         rate = div64_ul(bfqd->tot_sectors_dispatched<<BFQ_RATE_SHIFT,
2539                         div_u64(bfqd->delta_from_first, NSEC_PER_USEC));
2540
2541         /*
2542          * Peak rate not updated if:
2543          * - the percentage of sequential dispatches is below 3/4 of the
2544          *   total, and rate is below the current estimated peak rate
2545          * - rate is unreasonably high (> 20M sectors/sec)
2546          */
2547         if ((bfqd->sequential_samples < (3 * bfqd->peak_rate_samples)>>2 &&
2548              rate <= bfqd->peak_rate) ||
2549                 rate > 20<<BFQ_RATE_SHIFT)
2550                 goto reset_computation;
2551
2552         /*
2553          * We have to update the peak rate, at last! To this purpose,
2554          * we use a low-pass filter. We compute the smoothing constant
2555          * of the filter as a function of the 'weight' of the new
2556          * measured rate.
2557          *
2558          * As can be seen in next formulas, we define this weight as a
2559          * quantity proportional to how sequential the workload is,
2560          * and to how long the observation time interval is.
2561          *
2562          * The weight runs from 0 to 8. The maximum value of the
2563          * weight, 8, yields the minimum value for the smoothing
2564          * constant. At this minimum value for the smoothing constant,
2565          * the measured rate contributes for half of the next value of
2566          * the estimated peak rate.
2567          *
2568          * So, the first step is to compute the weight as a function
2569          * of how sequential the workload is. Note that the weight
2570          * cannot reach 9, because bfqd->sequential_samples cannot
2571          * become equal to bfqd->peak_rate_samples, which, in its
2572          * turn, holds true because bfqd->sequential_samples is not
2573          * incremented for the first sample.
2574          */
2575         weight = (9 * bfqd->sequential_samples) / bfqd->peak_rate_samples;
2576
2577         /*
2578          * Second step: further refine the weight as a function of the
2579          * duration of the observation interval.
2580          */
2581         weight = min_t(u32, 8,
2582                        div_u64(weight * bfqd->delta_from_first,
2583                                BFQ_RATE_REF_INTERVAL));
2584
2585         /*
2586          * Divisor ranging from 10, for minimum weight, to 2, for
2587          * maximum weight.
2588          */
2589         divisor = 10 - weight;
2590
2591         /*
2592          * Finally, update peak rate:
2593          *
2594          * peak_rate = peak_rate * (divisor-1) / divisor  +  rate / divisor
2595          */
2596         bfqd->peak_rate *= divisor-1;
2597         bfqd->peak_rate /= divisor;
2598         rate /= divisor; /* smoothing constant alpha = 1/divisor */
2599
2600         bfqd->peak_rate += rate;
2601
2602         /*
2603          * For a very slow device, bfqd->peak_rate can reach 0 (see
2604          * the minimum representable values reported in the comments
2605          * on BFQ_RATE_SHIFT). Push to 1 if this happens, to avoid
2606          * divisions by zero where bfqd->peak_rate is used as a
2607          * divisor.
2608          */
2609         bfqd->peak_rate = max_t(u32, 1, bfqd->peak_rate);
2610
2611         update_thr_responsiveness_params(bfqd);
2612
2613 reset_computation:
2614         bfq_reset_rate_computation(bfqd, rq);
2615 }
2616
2617 /*
2618  * Update the read/write peak rate (the main quantity used for
2619  * auto-tuning, see update_thr_responsiveness_params()).
2620  *
2621  * It is not trivial to estimate the peak rate (correctly): because of
2622  * the presence of sw and hw queues between the scheduler and the
2623  * device components that finally serve I/O requests, it is hard to
2624  * say exactly when a given dispatched request is served inside the
2625  * device, and for how long. As a consequence, it is hard to know
2626  * precisely at what rate a given set of requests is actually served
2627  * by the device.
2628  *
2629  * On the opposite end, the dispatch time of any request is trivially
2630  * available, and, from this piece of information, the "dispatch rate"
2631  * of requests can be immediately computed. So, the idea in the next
2632  * function is to use what is known, namely request dispatch times
2633  * (plus, when useful, request completion times), to estimate what is
2634  * unknown, namely in-device request service rate.
2635  *
2636  * The main issue is that, because of the above facts, the rate at
2637  * which a certain set of requests is dispatched over a certain time
2638  * interval can vary greatly with respect to the rate at which the
2639  * same requests are then served. But, since the size of any
2640  * intermediate queue is limited, and the service scheme is lossless
2641  * (no request is silently dropped), the following obvious convergence
2642  * property holds: the number of requests dispatched MUST become
2643  * closer and closer to the number of requests completed as the
2644  * observation interval grows. This is the key property used in
2645  * the next function to estimate the peak service rate as a function
2646  * of the observed dispatch rate. The function assumes to be invoked
2647  * on every request dispatch.
2648  */
2649 static void bfq_update_peak_rate(struct bfq_data *bfqd, struct request *rq)
2650 {
2651         u64 now_ns = ktime_get_ns();
2652
2653         if (bfqd->peak_rate_samples == 0) { /* first dispatch */
2654                 bfq_log(bfqd, "update_peak_rate: goto reset, samples %d",
2655                         bfqd->peak_rate_samples);
2656                 bfq_reset_rate_computation(bfqd, rq);
2657                 goto update_last_values; /* will add one sample */
2658         }
2659
2660         /*
2661          * Device idle for very long: the observation interval lasting
2662          * up to this dispatch cannot be a valid observation interval
2663          * for computing a new peak rate (similarly to the late-
2664          * completion event in bfq_completed_request()). Go to
2665          * update_rate_and_reset to have the following three steps
2666          * taken:
2667          * - close the observation interval at the last (previous)
2668          *   request dispatch or completion
2669          * - compute rate, if possible, for that observation interval
2670          * - start a new observation interval with this dispatch
2671          */
2672         if (now_ns - bfqd->last_dispatch > 100*NSEC_PER_MSEC &&
2673             bfqd->rq_in_driver == 0)
2674                 goto update_rate_and_reset;
2675
2676         /* Update sampling information */
2677         bfqd->peak_rate_samples++;
2678
2679         if ((bfqd->rq_in_driver > 0 ||
2680                 now_ns - bfqd->last_completion < BFQ_MIN_TT)
2681              && get_sdist(bfqd->last_position, rq) < BFQQ_SEEK_THR)
2682                 bfqd->sequential_samples++;
2683
2684         bfqd->tot_sectors_dispatched += blk_rq_sectors(rq);
2685
2686         /* Reset max observed rq size every 32 dispatches */
2687         if (likely(bfqd->peak_rate_samples % 32))
2688                 bfqd->last_rq_max_size =
2689                         max_t(u32, blk_rq_sectors(rq), bfqd->last_rq_max_size);
2690         else
2691                 bfqd->last_rq_max_size = blk_rq_sectors(rq);
2692
2693         bfqd->delta_from_first = now_ns - bfqd->first_dispatch;
2694
2695         /* Target observation interval not yet reached, go on sampling */
2696         if (bfqd->delta_from_first < BFQ_RATE_REF_INTERVAL)
2697                 goto update_last_values;
2698
2699 update_rate_and_reset:
2700         bfq_update_rate_reset(bfqd, rq);
2701 update_last_values:
2702         bfqd->last_position = blk_rq_pos(rq) + blk_rq_sectors(rq);
2703         bfqd->last_dispatch = now_ns;
2704 }
2705
2706 /*
2707  * Remove request from internal lists.
2708  */
2709 static void bfq_dispatch_remove(struct request_queue *q, struct request *rq)
2710 {
2711         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
2712
2713         /*
2714          * For consistency, the next instruction should have been
2715          * executed after removing the request from the queue and
2716          * dispatching it.  We execute instead this instruction before
2717          * bfq_remove_request() (and hence introduce a temporary
2718          * inconsistency), for efficiency.  In fact, should this
2719          * dispatch occur for a non in-service bfqq, this anticipated
2720          * increment prevents two counters related to bfqq->dispatched
2721          * from risking to be, first, uselessly decremented, and then
2722          * incremented again when the (new) value of bfqq->dispatched
2723          * happens to be taken into account.
2724          */
2725         bfqq->dispatched++;
2726         bfq_update_peak_rate(q->elevator->elevator_data, rq);
2727
2728         bfq_remove_request(q, rq);
2729 }
2730
2731 static void __bfq_bfqq_expire(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
2732 {
2733         /*
2734          * If this bfqq is shared between multiple processes, check
2735          * to make sure that those processes are still issuing I/Os
2736          * within the mean seek distance. If not, it may be time to
2737          * break the queues apart again.
2738          */
2739         if (bfq_bfqq_coop(bfqq) && BFQQ_SEEKY(bfqq))
2740                 bfq_mark_bfqq_split_coop(bfqq);
2741
2742         if (RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list)) {
2743                 if (bfqq->dispatched == 0)
2744                         /*
2745                          * Overloading budget_timeout field to store
2746                          * the time at which the queue remains with no
2747                          * backlog and no outstanding request; used by
2748                          * the weight-raising mechanism.
2749                          */
2750                         bfqq->budget_timeout = jiffies;
2751
2752                 bfq_del_bfqq_busy(bfqd, bfqq, true);
2753         } else {
2754                 bfq_requeue_bfqq(bfqd, bfqq, true);
2755                 /*
2756                  * Resort priority tree of potential close cooperators.
2757                  */
2758                 bfq_pos_tree_add_move(bfqd, bfqq);
2759         }
2760
2761         /*
2762          * All in-service entities must have been properly deactivated
2763          * or requeued before executing the next function, which
2764          * resets all in-service entites as no more in service.
2765          */
2766         __bfq_bfqd_reset_in_service(bfqd);
2767 }
2768
2769 /**
2770  * __bfq_bfqq_recalc_budget - try to adapt the budget to the @bfqq behavior.
2771  * @bfqd: device data.
2772  * @bfqq: queue to update.
2773  * @reason: reason for expiration.
2774  *
2775  * Handle the feedback on @bfqq budget at queue expiration.
2776  * See the body for detailed comments.
2777  */
2778 static void __bfq_bfqq_recalc_budget(struct bfq_data *bfqd,
2779                                      struct bfq_queue *bfqq,
2780                                      enum bfqq_expiration reason)
2781 {
2782         struct request *next_rq;
2783         int budget, min_budget;
2784
2785         min_budget = bfq_min_budget(bfqd);
2786
2787         if (bfqq->wr_coeff == 1)
2788                 budget = bfqq->max_budget;
2789         else /*
2790               * Use a constant, low budget for weight-raised queues,
2791               * to help achieve a low latency. Keep it slightly higher
2792               * than the minimum possible budget, to cause a little
2793               * bit fewer expirations.
2794               */
2795                 budget = 2 * min_budget;
2796
2797         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "recalc_budg: last budg %d, budg left %d",
2798                 bfqq->entity.budget, bfq_bfqq_budget_left(bfqq));
2799         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "recalc_budg: last max_budg %d, min budg %d",
2800                 budget, bfq_min_budget(bfqd));
2801         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "recalc_budg: sync %d, seeky %d",
2802                 bfq_bfqq_sync(bfqq), BFQQ_SEEKY(bfqd->in_service_queue));
2803
2804         if (bfq_bfqq_sync(bfqq) && bfqq->wr_coeff == 1) {
2805                 switch (reason) {
2806                 /*
2807                  * Caveat: in all the following cases we trade latency
2808                  * for throughput.
2809                  */
2810                 case BFQQE_TOO_IDLE:
2811                         /*
2812                          * This is the only case where we may reduce
2813                          * the budget: if there is no request of the
2814                          * process still waiting for completion, then
2815                          * we assume (tentatively) that the timer has
2816                          * expired because the batch of requests of
2817                          * the process could have been served with a
2818                          * smaller budget.  Hence, betting that
2819                          * process will behave in the same way when it
2820                          * becomes backlogged again, we reduce its
2821                          * next budget.  As long as we guess right,
2822                          * this budget cut reduces the latency
2823                          * experienced by the process.
2824                          *
2825                          * However, if there are still outstanding
2826                          * requests, then the process may have not yet
2827                          * issued its next request just because it is
2828                          * still waiting for the completion of some of
2829                          * the still outstanding ones.  So in this
2830                          * subcase we do not reduce its budget, on the
2831                          * contrary we increase it to possibly boost
2832                          * the throughput, as discussed in the
2833                          * comments to the BUDGET_TIMEOUT case.
2834                          */
2835                         if (bfqq->dispatched > 0) /* still outstanding reqs */
2836                                 budget = min(budget * 2, bfqd->bfq_max_budget);
2837                         else {
2838                                 if (budget > 5 * min_budget)
2839                                         budget -= 4 * min_budget;
2840                                 else
2841                                         budget = min_budget;
2842                         }
2843                         break;
2844                 case BFQQE_BUDGET_TIMEOUT:
2845                         /*
2846                          * We double the budget here because it gives
2847                          * the chance to boost the throughput if this
2848                          * is not a seeky process (and has bumped into
2849                          * this timeout because of, e.g., ZBR).
2850                          */
2851                         budget = min(budget * 2, bfqd->bfq_max_budget);
2852                         break;
2853                 case BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED:
2854                         /*
2855                          * The process still has backlog, and did not
2856                          * let either the budget timeout or the disk
2857                          * idling timeout expire. Hence it is not
2858                          * seeky, has a short thinktime and may be
2859                          * happy with a higher budget too. So
2860                          * definitely increase the budget of this good
2861                          * candidate to boost the disk throughput.
2862                          */
2863                         budget = min(budget * 4, bfqd->bfq_max_budget);
2864                         break;
2865                 case BFQQE_NO_MORE_REQUESTS:
2866                         /*
2867                          * For queues that expire for this reason, it
2868                          * is particularly important to keep the
2869                          * budget close to the actual service they
2870                          * need. Doing so reduces the timestamp
2871                          * misalignment problem described in the
2872                          * comments in the body of
2873                          * __bfq_activate_entity. In fact, suppose
2874                          * that a queue systematically expires for
2875                          * BFQQE_NO_MORE_REQUESTS and presents a
2876                          * new request in time to enjoy timestamp
2877                          * back-shifting. The larger the budget of the
2878                          * queue is with respect to the service the
2879                          * queue actually requests in each service
2880                          * slot, the more times the queue can be
2881                          * reactivated with the same virtual finish
2882                          * time. It follows that, even if this finish
2883                          * time is pushed to the system virtual time
2884                          * to reduce the consequent timestamp
2885                          * misalignment, the queue unjustly enjoys for
2886                          * many re-activations a lower finish time
2887                          * than all newly activated queues.
2888                          *
2889                          * The service needed by bfqq is measured
2890                          * quite precisely by bfqq->entity.service.
2891                          * Since bfqq does not enjoy device idling,
2892                          * bfqq->entity.service is equal to the number
2893                          * of sectors that the process associated with
2894                          * bfqq requested to read/write before waiting
2895                          * for request completions, or blocking for
2896                          * other reasons.
2897                          */
2898                         budget = max_t(int, bfqq->entity.service, min_budget);
2899                         break;
2900                 default:
2901                         return;
2902                 }
2903         } else if (!bfq_bfqq_sync(bfqq)) {
2904                 /*
2905                  * Async queues get always the maximum possible
2906                  * budget, as for them we do not care about latency
2907                  * (in addition, their ability to dispatch is limited
2908                  * by the charging factor).
2909                  */
2910                 budget = bfqd->bfq_max_budget;
2911         }
2912
2913         bfqq->max_budget = budget;
2914
2915         if (bfqd->budgets_assigned >= bfq_stats_min_budgets &&
2916             !bfqd->bfq_user_max_budget)
2917                 bfqq->max_budget = min(bfqq->max_budget, bfqd->bfq_max_budget);
2918
2919         /*
2920          * If there is still backlog, then assign a new budget, making
2921          * sure that it is large enough for the next request.  Since
2922          * the finish time of bfqq must be kept in sync with the
2923          * budget, be sure to call __bfq_bfqq_expire() *after* this
2924          * update.
2925          *
2926          * If there is no backlog, then no need to update the budget;
2927          * it will be updated on the arrival of a new request.
2928          */
2929         next_rq = bfqq->next_rq;
2930         if (next_rq)
2931                 bfqq->entity.budget = max_t(unsigned long, bfqq->max_budget,
2932                                             bfq_serv_to_charge(next_rq, bfqq));
2933
2934         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "head sect: %u, new budget %d",
2935                         next_rq ? blk_rq_sectors(next_rq) : 0,
2936                         bfqq->entity.budget);
2937 }
2938
2939 /*
2940  * Return true if the process associated with bfqq is "slow". The slow
2941  * flag is used, in addition to the budget timeout, to reduce the
2942  * amount of service provided to seeky processes, and thus reduce
2943  * their chances to lower the throughput. More details in the comments
2944  * on the function bfq_bfqq_expire().
2945  *
2946  * An important observation is in order: as discussed in the comments
2947  * on the function bfq_update_peak_rate(), with devices with internal
2948  * queues, it is hard if ever possible to know when and for how long
2949  * an I/O request is processed by the device (apart from the trivial
2950  * I/O pattern where a new request is dispatched only after the
2951  * previous one has been completed). This makes it hard to evaluate
2952  * the real rate at which the I/O requests of each bfq_queue are
2953  * served.  In fact, for an I/O scheduler like BFQ, serving a
2954  * bfq_queue means just dispatching its requests during its service
2955  * slot (i.e., until the budget of the queue is exhausted, or the
2956  * queue remains idle, or, finally, a timeout fires). But, during the
2957  * service slot of a bfq_queue, around 100 ms at most, the device may
2958  * be even still processing requests of bfq_queues served in previous
2959  * service slots. On the opposite end, the requests of the in-service
2960  * bfq_queue may be completed after the service slot of the queue
2961  * finishes.
2962  *
2963  * Anyway, unless more sophisticated solutions are used
2964  * (where possible), the sum of the sizes of the requests dispatched
2965  * during the service slot of a bfq_queue is probably the only
2966  * approximation available for the service received by the bfq_queue
2967  * during its service slot. And this sum is the quantity used in this
2968  * function to evaluate the I/O speed of a process.
2969  */
2970 static bool bfq_bfqq_is_slow(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
2971                                  bool compensate, enum bfqq_expiration reason,
2972                                  unsigned long *delta_ms)
2973 {
2974         ktime_t delta_ktime;
2975         u32 delta_usecs;
2976         bool slow = BFQQ_SEEKY(bfqq); /* if delta too short, use seekyness */
2977
2978         if (!bfq_bfqq_sync(bfqq))
2979                 return false;
2980
2981         if (compensate)
2982                 delta_ktime = bfqd->last_idling_start;
2983         else
2984                 delta_ktime = ktime_get();
2985         delta_ktime = ktime_sub(delta_ktime, bfqd->last_budget_start);
2986         delta_usecs = ktime_to_us(delta_ktime);
2987
2988         /* don't use too short time intervals */
2989         if (delta_usecs < 1000) {
2990                 if (blk_queue_nonrot(bfqd->queue))
2991                          /*
2992                           * give same worst-case guarantees as idling
2993                           * for seeky
2994                           */
2995                         *delta_ms = BFQ_MIN_TT / NSEC_PER_MSEC;
2996                 else /* charge at least one seek */
2997                         *delta_ms = bfq_slice_idle / NSEC_PER_MSEC;
2998
2999                 return slow;
3000         }
3001
3002         *delta_ms = delta_usecs / USEC_PER_MSEC;
3003
3004         /*
3005          * Use only long (> 20ms) intervals to filter out excessive
3006          * spikes in service rate estimation.
3007          */
3008         if (delta_usecs > 20000) {
3009                 /*
3010                  * Caveat for rotational devices: processes doing I/O
3011                  * in the slower disk zones tend to be slow(er) even
3012                  * if not seeky. In this respect, the estimated peak
3013                  * rate is likely to be an average over the disk
3014                  * surface. Accordingly, to not be too harsh with
3015                  * unlucky processes, a process is deemed slow only if
3016                  * its rate has been lower than half of the estimated
3017                  * peak rate.
3018                  */
3019                 slow = bfqq->entity.service < bfqd->bfq_max_budget / 2;
3020         }
3021
3022         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "bfq_bfqq_is_slow: slow %d", slow);
3023
3024         return slow;
3025 }
3026
3027 /*
3028  * To be deemed as soft real-time, an application must meet two
3029  * requirements. First, the application must not require an average
3030  * bandwidth higher than the approximate bandwidth required to playback or
3031  * record a compressed high-definition video.
3032  * The next function is invoked on the completion of the last request of a
3033  * batch, to compute the next-start time instant, soft_rt_next_start, such
3034  * that, if the next request of the application does not arrive before
3035  * soft_rt_next_start, then the above requirement on the bandwidth is met.
3036  *
3037  * The second requirement is that the request pattern of the application is
3038  * isochronous, i.e., that, after issuing a request or a batch of requests,
3039  * the application stops issuing new requests until all its pending requests
3040  * have been completed. After that, the application may issue a new batch,
3041  * and so on.
3042  * For this reason the next function is invoked to compute
3043  * soft_rt_next_start only for applications that meet this requirement,
3044  * whereas soft_rt_next_start is set to infinity for applications that do
3045  * not.
3046  *
3047  * Unfortunately, even a greedy (i.e., I/O-bound) application may
3048  * happen to meet, occasionally or systematically, both the above
3049  * bandwidth and isochrony requirements. This may happen at least in
3050  * the following circumstances. First, if the CPU load is high. The
3051  * application may stop issuing requests while the CPUs are busy
3052  * serving other processes, then restart, then stop again for a while,
3053  * and so on. The other circumstances are related to the storage
3054  * device: the storage device is highly loaded or reaches a low-enough
3055  * throughput with the I/O of the application (e.g., because the I/O
3056  * is random and/or the device is slow). In all these cases, the
3057  * I/O of the application may be simply slowed down enough to meet
3058  * the bandwidth and isochrony requirements. To reduce the probability
3059  * that greedy applications are deemed as soft real-time in these
3060  * corner cases, a further rule is used in the computation of
3061  * soft_rt_next_start: the return value of this function is forced to
3062  * be higher than the maximum between the following two quantities.
3063  *
3064  * (a) Current time plus: (1) the maximum time for which the arrival
3065  *     of a request is waited for when a sync queue becomes idle,
3066  *     namely bfqd->bfq_slice_idle, and (2) a few extra jiffies. We
3067  *     postpone for a moment the reason for adding a few extra
3068  *     jiffies; we get back to it after next item (b).  Lower-bounding
3069  *     the return value of this function with the current time plus
3070  *     bfqd->bfq_slice_idle tends to filter out greedy applications,
3071  *     because the latter issue their next request as soon as possible
3072  *     after the last one has been completed. In contrast, a soft
3073  *     real-time application spends some time processing data, after a
3074  *     batch of its requests has been completed.
3075  *
3076  * (b) Current value of bfqq->soft_rt_next_start. As pointed out
3077  *     above, greedy applications may happen to meet both the
3078  *     bandwidth and isochrony requirements under heavy CPU or
3079  *     storage-device load. In more detail, in these scenarios, these
3080  *     applications happen, only for limited time periods, to do I/O
3081  *     slowly enough to meet all the requirements described so far,
3082  *     including the filtering in above item (a). These slow-speed
3083  *     time intervals are usually interspersed between other time
3084  *     intervals during which these applications do I/O at a very high
3085  *     speed. Fortunately, exactly because of the high speed of the
3086  *     I/O in the high-speed intervals, the values returned by this
3087  *     function happen to be so high, near the end of any such
3088  *     high-speed interval, to be likely to fall *after* the end of
3089  *     the low-speed time interval that follows. These high values are
3090  *     stored in bfqq->soft_rt_next_start after each invocation of
3091  *     this function. As a consequence, if the last value of
3092  *     bfqq->soft_rt_next_start is constantly used to lower-bound the
3093  *     next value that this function may return, then, from the very
3094  *     beginning of a low-speed interval, bfqq->soft_rt_next_start is
3095  *     likely to be constantly kept so high that any I/O request
3096  *     issued during the low-speed interval is considered as arriving
3097  *     to soon for the application to be deemed as soft
3098  *     real-time. Then, in the high-speed interval that follows, the
3099  *     application will not be deemed as soft real-time, just because
3100  *     it will do I/O at a high speed. And so on.
3101  *
3102  * Getting back to the filtering in item (a), in the following two
3103  * cases this filtering might be easily passed by a greedy
3104  * application, if the reference quantity was just
3105  * bfqd->bfq_slice_idle:
3106  * 1) HZ is so low that the duration of a jiffy is comparable to or
3107  *    higher than bfqd->bfq_slice_idle. This happens, e.g., on slow
3108  *    devices with HZ=100. The time granularity may be so coarse
3109  *    that the approximation, in jiffies, of bfqd->bfq_slice_idle
3110  *    is rather lower than the exact value.
3111  * 2) jiffies, instead of increasing at a constant rate, may stop increasing
3112  *    for a while, then suddenly 'jump' by several units to recover the lost
3113  *    increments. This seems to happen, e.g., inside virtual machines.
3114  * To address this issue, in the filtering in (a) we do not use as a
3115  * reference time interval just bfqd->bfq_slice_idle, but
3116  * bfqd->bfq_slice_idle plus a few jiffies. In particular, we add the
3117  * minimum number of jiffies for which the filter seems to be quite
3118  * precise also in embedded systems and KVM/QEMU virtual machines.
3119  */
3120 static unsigned long bfq_bfqq_softrt_next_start(struct bfq_data *bfqd,
3121                                                 struct bfq_queue *bfqq)
3122 {
3123         return max3(bfqq->soft_rt_next_start,
3124                     bfqq->last_idle_bklogged +
3125                     HZ * bfqq->service_from_backlogged /
3126                     bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate,
3127                     jiffies + nsecs_to_jiffies(bfqq->bfqd->bfq_slice_idle) + 4);
3128 }
3129
3130 /**
3131  * bfq_bfqq_expire - expire a queue.
3132  * @bfqd: device owning the queue.
3133  * @bfqq: the queue to expire.
3134  * @compensate: if true, compensate for the time spent idling.
3135  * @reason: the reason causing the expiration.
3136  *
3137  * If the process associated with bfqq does slow I/O (e.g., because it
3138  * issues random requests), we charge bfqq with the time it has been
3139  * in service instead of the service it has received (see
3140  * bfq_bfqq_charge_time for details on how this goal is achieved). As
3141  * a consequence, bfqq will typically get higher timestamps upon
3142  * reactivation, and hence it will be rescheduled as if it had
3143  * received more service than what it has actually received. In the
3144  * end, bfqq receives less service in proportion to how slowly its
3145  * associated process consumes its budgets (and hence how seriously it
3146  * tends to lower the throughput). In addition, this time-charging
3147  * strategy guarantees time fairness among slow processes. In
3148  * contrast, if the process associated with bfqq is not slow, we
3149  * charge bfqq exactly with the service it has received.
3150  *
3151  * Charging time to the first type of queues and the exact service to
3152  * the other has the effect of using the WF2Q+ policy to schedule the
3153  * former on a timeslice basis, without violating service domain
3154  * guarantees among the latter.
3155  */
3156 void bfq_bfqq_expire(struct bfq_data *bfqd,
3157                      struct bfq_queue *bfqq,
3158                      bool compensate,
3159                      enum bfqq_expiration reason)
3160 {
3161         bool slow;
3162         unsigned long delta = 0;
3163         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
3164         int ref;
3165
3166         /*
3167          * Check whether the process is slow (see bfq_bfqq_is_slow).
3168          */
3169         slow = bfq_bfqq_is_slow(bfqd, bfqq, compensate, reason, &delta);
3170
3171         /*
3172          * As above explained, charge slow (typically seeky) and
3173          * timed-out queues with the time and not the service
3174          * received, to favor sequential workloads.
3175          *
3176          * Processes doing I/O in the slower disk zones will tend to
3177          * be slow(er) even if not seeky. Therefore, since the
3178          * estimated peak rate is actually an average over the disk
3179          * surface, these processes may timeout just for bad luck. To
3180          * avoid punishing them, do not charge time to processes that
3181          * succeeded in consuming at least 2/3 of their budget. This
3182          * allows BFQ to preserve enough elasticity to still perform
3183          * bandwidth, and not time, distribution with little unlucky
3184          * or quasi-sequential processes.
3185          */
3186         if (bfqq->wr_coeff == 1 &&
3187             (slow ||
3188              (reason == BFQQE_BUDGET_TIMEOUT &&
3189               bfq_bfqq_budget_left(bfqq) >=  entity->budget / 3)))
3190                 bfq_bfqq_charge_time(bfqd, bfqq, delta);
3191
3192         if (reason == BFQQE_TOO_IDLE &&
3193             entity->service <= 2 * entity->budget / 10)
3194                 bfq_clear_bfqq_IO_bound(bfqq);
3195
3196         if (bfqd->low_latency && bfqq->wr_coeff == 1)
3197                 bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
3198
3199         if (bfqd->low_latency && bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate > 0 &&
3200             RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list)) {
3201                 /*
3202                  * If we get here, and there are no outstanding
3203                  * requests, then the request pattern is isochronous
3204                  * (see the comments on the function
3205                  * bfq_bfqq_softrt_next_start()). Thus we can compute
3206                  * soft_rt_next_start. If, instead, the queue still
3207                  * has outstanding requests, then we have to wait for
3208                  * the completion of all the outstanding requests to
3209                  * discover whether the request pattern is actually
3210                  * isochronous.
3211                  */
3212                 if (bfqq->dispatched == 0)
3213                         bfqq->soft_rt_next_start =
3214                                 bfq_bfqq_softrt_next_start(bfqd, bfqq);
3215                 else {
3216                         /*
3217                          * Schedule an update of soft_rt_next_start to when
3218                          * the task may be discovered to be isochronous.
3219                          */
3220                         bfq_mark_bfqq_softrt_update(bfqq);
3221                 }
3222         }
3223
3224         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq,
3225                 "expire (%d, slow %d, num_disp %d, short_ttime %d)", reason,
3226                 slow, bfqq->dispatched, bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq));
3227
3228         /*
3229          * Increase, decrease or leave budget unchanged according to
3230          * reason.
3231          */
3232         __bfq_bfqq_recalc_budget(bfqd, bfqq, reason);
3233         ref = bfqq->ref;
3234         __bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq);
3235
3236         /* mark bfqq as waiting a request only if a bic still points to it */
3237         if (ref > 1 && !bfq_bfqq_busy(bfqq) &&
3238             reason != BFQQE_BUDGET_TIMEOUT &&
3239             reason != BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED)
3240                 bfq_mark_bfqq_non_blocking_wait_rq(bfqq);
3241 }
3242
3243 /*
3244  * Budget timeout is not implemented through a dedicated timer, but
3245  * just checked on request arrivals and completions, as well as on
3246  * idle timer expirations.
3247  */
3248 static bool bfq_bfqq_budget_timeout(struct bfq_queue *bfqq)
3249 {
3250         return time_is_before_eq_jiffies(bfqq->budget_timeout);
3251 }
3252
3253 /*
3254  * If we expire a queue that is actively waiting (i.e., with the
3255  * device idled) for the arrival of a new request, then we may incur
3256  * the timestamp misalignment problem described in the body of the
3257  * function __bfq_activate_entity. Hence we return true only if this
3258  * condition does not hold, or if the queue is slow enough to deserve
3259  * only to be kicked off for preserving a high throughput.
3260  */
3261 static bool bfq_may_expire_for_budg_timeout(struct bfq_queue *bfqq)
3262 {
3263         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq,
3264                 "may_budget_timeout: wait_request %d left %d timeout %d",
3265                 bfq_bfqq_wait_request(bfqq),
3266                         bfq_bfqq_budget_left(bfqq) >=  bfqq->entity.budget / 3,
3267                 bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq));
3268
3269         return (!bfq_bfqq_wait_request(bfqq) ||
3270                 bfq_bfqq_budget_left(bfqq) >=  bfqq->entity.budget / 3)
3271                 &&
3272                 bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq);
3273 }
3274
3275 /*
3276  * For a queue that becomes empty, device idling is allowed only if
3277  * this function returns true for the queue. As a consequence, since
3278  * device idling plays a critical role in both throughput boosting and
3279  * service guarantees, the return value of this function plays a
3280  * critical role in both these aspects as well.
3281  *
3282  * In a nutshell, this function returns true only if idling is
3283  * beneficial for throughput or, even if detrimental for throughput,
3284  * idling is however necessary to preserve service guarantees (low
3285  * latency, desired throughput distribution, ...). In particular, on
3286  * NCQ-capable devices, this function tries to return false, so as to
3287  * help keep the drives' internal queues full, whenever this helps the
3288  * device boost the throughput without causing any service-guarantee
3289  * issue.
3290  *
3291  * In more detail, the return value of this function is obtained by,
3292  * first, computing a number of boolean variables that take into
3293  * account throughput and service-guarantee issues, and, then,
3294  * combining these variables in a logical expression. Most of the
3295  * issues taken into account are not trivial. We discuss these issues
3296  * individually while introducing the variables.
3297  */
3298 static bool bfq_bfqq_may_idle(struct bfq_queue *bfqq)
3299 {
3300         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
3301         bool rot_without_queueing =
3302                 !blk_queue_nonrot(bfqd->queue) && !bfqd->hw_tag,
3303                 bfqq_sequential_and_IO_bound,
3304                 idling_boosts_thr, idling_boosts_thr_without_issues,
3305                 idling_needed_for_service_guarantees,
3306                 asymmetric_scenario;
3307
3308         if (bfqd->strict_guarantees)
3309                 return true;
3310
3311         /*
3312          * Idling is performed only if slice_idle > 0. In addition, we
3313          * do not idle if
3314          * (a) bfqq is async
3315          * (b) bfqq is in the idle io prio class: in this case we do
3316          * not idle because we want to minimize the bandwidth that
3317          * queues in this class can steal to higher-priority queues
3318          */
3319         if (bfqd->bfq_slice_idle == 0 || !bfq_bfqq_sync(bfqq) ||
3320             bfq_class_idle(bfqq))
3321                 return false;
3322
3323         bfqq_sequential_and_IO_bound = !BFQQ_SEEKY(bfqq) &&
3324                 bfq_bfqq_IO_bound(bfqq) && bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
3325
3326         /*
3327          * The next variable takes into account the cases where idling
3328          * boosts the throughput.
3329          *
3330          * The value of the variable is computed considering, first, that
3331          * idling is virtually always beneficial for the throughput if:
3332          * (a) the device is not NCQ-capable and rotational, or
3333          * (b) regardless of the presence of NCQ, the device is rotational and
3334          *     the request pattern for bfqq is I/O-bound and sequential, or
3335          * (c) regardless of whether it is rotational, the device is
3336          *     not NCQ-capable and the request pattern for bfqq is
3337          *     I/O-bound and sequential.
3338          *
3339          * Secondly, and in contrast to the above item (b), idling an
3340          * NCQ-capable flash-based device would not boost the
3341          * throughput even with sequential I/O; rather it would lower
3342          * the throughput in proportion to how fast the device
3343          * is. Accordingly, the next variable is true if any of the
3344          * above conditions (a), (b) or (c) is true, and, in
3345          * particular, happens to be false if bfqd is an NCQ-capable
3346          * flash-based device.
3347          */
3348         idling_boosts_thr = rot_without_queueing ||
3349                 ((!blk_queue_nonrot(bfqd->queue) || !bfqd->hw_tag) &&
3350                  bfqq_sequential_and_IO_bound);
3351
3352         /*
3353          * The value of the next variable,
3354          * idling_boosts_thr_without_issues, is equal to that of
3355          * idling_boosts_thr, unless a special case holds. In this
3356          * special case, described below, idling may cause problems to
3357          * weight-raised queues.
3358          *
3359          * When the request pool is saturated (e.g., in the presence
3360          * of write hogs), if the processes associated with
3361          * non-weight-raised queues ask for requests at a lower rate,
3362          * then processes associated with weight-raised queues have a
3363          * higher probability to get a request from the pool
3364          * immediately (or at least soon) when they need one. Thus
3365          * they have a higher probability to actually get a fraction
3366          * of the device throughput proportional to their high
3367          * weight. This is especially true with NCQ-capable drives,
3368          * which enqueue several requests in advance, and further
3369          * reorder internally-queued requests.
3370          *
3371          * For this reason, we force to false the value of
3372          * idling_boosts_thr_without_issues if there are weight-raised
3373          * busy queues. In this case, and if bfqq is not weight-raised,
3374          * this guarantees that the device is not idled for bfqq (if,
3375          * instead, bfqq is weight-raised, then idling will be
3376          * guaranteed by another variable, see below). Combined with
3377          * the timestamping rules of BFQ (see [1] for details), this
3378          * behavior causes bfqq, and hence any sync non-weight-raised
3379          * queue, to get a lower number of requests served, and thus
3380          * to ask for a lower number of requests from the request
3381          * pool, before the busy weight-raised queues get served
3382          * again. This often mitigates starvation problems in the
3383          * presence of heavy write workloads and NCQ, thereby
3384          * guaranteeing a higher application and system responsiveness
3385          * in these hostile scenarios.
3386          */
3387         idling_boosts_thr_without_issues = idling_boosts_thr &&
3388                 bfqd->wr_busy_queues == 0;
3389
3390         /*
3391          * There is then a case where idling must be performed not
3392          * for throughput concerns, but to preserve service
3393          * guarantees.
3394          *
3395          * To introduce this case, we can note that allowing the drive
3396          * to enqueue more than one request at a time, and hence
3397          * delegating de facto final scheduling decisions to the
3398          * drive's internal scheduler, entails loss of control on the
3399          * actual request service order. In particular, the critical
3400          * situation is when requests from different processes happen
3401          * to be present, at the same time, in the internal queue(s)
3402          * of the drive. In such a situation, the drive, by deciding
3403          * the service order of the internally-queued requests, does
3404          * determine also the actual throughput distribution among
3405          * these processes. But the drive typically has no notion or
3406          * concern about per-process throughput distribution, and
3407          * makes its decisions only on a per-request basis. Therefore,
3408          * the service distribution enforced by the drive's internal
3409          * scheduler is likely to coincide with the desired
3410          * device-throughput distribution only in a completely
3411          * symmetric scenario where:
3412          * (i)  each of these processes must get the same throughput as
3413          *      the others;
3414          * (ii) all these processes have the same I/O pattern
3415                 (either sequential or random).
3416          * In fact, in such a scenario, the drive will tend to treat
3417          * the requests of each of these processes in about the same
3418          * way as the requests of the others, and thus to provide
3419          * each of these processes with about the same throughput
3420          * (which is exactly the desired throughput distribution). In
3421          * contrast, in any asymmetric scenario, device idling is
3422          * certainly needed to guarantee that bfqq receives its
3423          * assigned fraction of the device throughput (see [1] for
3424          * details).
3425          *
3426          * We address this issue by controlling, actually, only the
3427          * symmetry sub-condition (i), i.e., provided that
3428          * sub-condition (i) holds, idling is not performed,
3429          * regardless of whether sub-condition (ii) holds. In other
3430          * words, only if sub-condition (i) holds, then idling is
3431          * allowed, and the device tends to be prevented from queueing
3432          * many requests, possibly of several processes. The reason
3433          * for not controlling also sub-condition (ii) is that we
3434          * exploit preemption to preserve guarantees in case of
3435          * symmetric scenarios, even if (ii) does not hold, as
3436          * explained in the next two paragraphs.
3437          *
3438          * Even if a queue, say Q, is expired when it remains idle, Q
3439          * can still preempt the new in-service queue if the next
3440          * request of Q arrives soon (see the comments on
3441          * bfq_bfqq_update_budg_for_activation). If all queues and
3442          * groups have the same weight, this form of preemption,
3443          * combined with the hole-recovery heuristic described in the
3444          * comments on function bfq_bfqq_update_budg_for_activation,
3445          * are enough to preserve a correct bandwidth distribution in
3446          * the mid term, even without idling. In fact, even if not
3447          * idling allows the internal queues of the device to contain
3448          * many requests, and thus to reorder requests, we can rather
3449          * safely assume that the internal scheduler still preserves a
3450          * minimum of mid-term fairness. The motivation for using
3451          * preemption instead of idling is that, by not idling,
3452          * service guarantees are preserved without minimally
3453          * sacrificing throughput. In other words, both a high
3454          * throughput and its desired distribution are obtained.
3455          *
3456          * More precisely, this preemption-based, idleless approach
3457          * provides fairness in terms of IOPS, and not sectors per
3458          * second. This can be seen with a simple example. Suppose
3459          * that there are two queues with the same weight, but that
3460          * the first queue receives requests of 8 sectors, while the
3461          * second queue receives requests of 1024 sectors. In
3462          * addition, suppose that each of the two queues contains at
3463          * most one request at a time, which implies that each queue
3464          * always remains idle after it is served. Finally, after
3465          * remaining idle, each queue receives very quickly a new
3466          * request. It follows that the two queues are served
3467          * alternatively, preempting each other if needed. This
3468          * implies that, although both queues have the same weight,
3469          * the queue with large requests receives a service that is
3470          * 1024/8 times as high as the service received by the other
3471          * queue.
3472          *
3473          * On the other hand, device idling is performed, and thus
3474          * pure sector-domain guarantees are provided, for the
3475          * following queues, which are likely to need stronger
3476          * throughput guarantees: weight-raised queues, and queues
3477          * with a higher weight than other queues. When such queues
3478          * are active, sub-condition (i) is false, which triggers
3479          * device idling.
3480          *
3481          * According to the above considerations, the next variable is
3482          * true (only) if sub-condition (i) holds. To compute the
3483          * value of this variable, we not only use the return value of
3484          * the function bfq_symmetric_scenario(), but also check
3485          * whether bfqq is being weight-raised, because
3486          * bfq_symmetric_scenario() does not take into account also
3487          * weight-raised queues (see comments on
3488          * bfq_weights_tree_add()).
3489          *
3490          * As a side note, it is worth considering that the above
3491          * device-idling countermeasures may however fail in the
3492          * following unlucky scenario: if idling is (correctly)
3493          * disabled in a time period during which all symmetry
3494          * sub-conditions hold, and hence the device is allowed to
3495          * enqueue many requests, but at some later point in time some
3496          * sub-condition stops to hold, then it may become impossible
3497          * to let requests be served in the desired order until all
3498          * the requests already queued in the device have been served.
3499          */
3500         asymmetric_scenario = bfqq->wr_coeff > 1 ||
3501                 !bfq_symmetric_scenario(bfqd);
3502
3503         /*
3504          * Finally, there is a case where maximizing throughput is the
3505          * best choice even if it may cause unfairness toward
3506          * bfqq. Such a case is when bfqq became active in a burst of
3507          * queue activations. Queues that became active during a large
3508          * burst benefit only from throughput, as discussed in the
3509          * comments on bfq_handle_burst. Thus, if bfqq became active
3510          * in a burst and not idling the device maximizes throughput,
3511          * then the device must no be idled, because not idling the
3512          * device provides bfqq and all other queues in the burst with
3513          * maximum benefit. Combining this and the above case, we can
3514          * now establish when idling is actually needed to preserve
3515          * service guarantees.
3516          */
3517         idling_needed_for_service_guarantees =
3518                 asymmetric_scenario && !bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq);
3519
3520         /*
3521          * We have now all the components we need to compute the
3522          * return value of the function, which is true only if idling
3523          * either boosts the throughput (without issues), or is
3524          * necessary to preserve service guarantees.
3525          */
3526         return idling_boosts_thr_without_issues ||
3527                 idling_needed_for_service_guarantees;
3528 }
3529
3530 /*
3531  * If the in-service queue is empty but the function bfq_bfqq_may_idle
3532  * returns true, then:
3533  * 1) the queue must remain in service and cannot be expired, and
3534  * 2) the device must be idled to wait for the possible arrival of a new
3535  *    request for the queue.
3536  * See the comments on the function bfq_bfqq_may_idle for the reasons
3537  * why performing device idling is the best choice to boost the throughput
3538  * and preserve service guarantees when bfq_bfqq_may_idle itself
3539  * returns true.
3540  */
3541 static bool bfq_bfqq_must_idle(struct bfq_queue *bfqq)
3542 {
3543         return RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) && bfq_bfqq_may_idle(bfqq);
3544 }
3545
3546 /*
3547  * Select a queue for service.  If we have a current queue in service,
3548  * check whether to continue servicing it, or retrieve and set a new one.
3549  */
3550 static struct bfq_queue *bfq_select_queue(struct bfq_data *bfqd)
3551 {
3552         struct bfq_queue *bfqq;
3553         struct request *next_rq;
3554         enum bfqq_expiration reason = BFQQE_BUDGET_TIMEOUT;
3555
3556         bfqq = bfqd->in_service_queue;
3557         if (!bfqq)
3558                 goto new_queue;
3559
3560         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "select_queue: already in-service queue");
3561
3562         if (bfq_may_expire_for_budg_timeout(bfqq) &&
3563             !bfq_bfqq_wait_request(bfqq) &&
3564             !bfq_bfqq_must_idle(bfqq))
3565                 goto expire;
3566
3567 check_queue:
3568         /*
3569          * This loop is rarely executed more than once. Even when it
3570          * happens, it is much more convenient to re-execute this loop
3571          * than to return NULL and trigger a new dispatch to get a
3572          * request served.
3573          */
3574         next_rq = bfqq->next_rq;
3575         /*
3576          * If bfqq has requests queued and it has enough budget left to
3577          * serve them, keep the queue, otherwise expire it.
3578          */
3579         if (next_rq) {
3580                 if (bfq_serv_to_charge(next_rq, bfqq) >
3581                         bfq_bfqq_budget_left(bfqq)) {
3582                         /*
3583                          * Expire the queue for budget exhaustion,
3584                          * which makes sure that the next budget is
3585                          * enough to serve the next request, even if
3586                          * it comes from the fifo expired path.
3587                          */
3588                         reason = BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED;
3589                         goto expire;
3590                 } else {
3591                         /*
3592                          * The idle timer may be pending because we may
3593                          * not disable disk idling even when a new request
3594                          * arrives.
3595                          */
3596                         if (bfq_bfqq_wait_request(bfqq)) {
3597                                 /*
3598                                  * If we get here: 1) at least a new request
3599                                  * has arrived but we have not disabled the
3600                                  * timer because the request was too small,
3601                                  * 2) then the block layer has unplugged
3602                                  * the device, causing the dispatch to be
3603                                  * invoked.
3604                                  *
3605                                  * Since the device is unplugged, now the
3606                                  * requests are probably large enough to
3607                                  * provide a reasonable throughput.
3608                                  * So we disable idling.
3609                                  */
3610                                 bfq_clear_bfqq_wait_request(bfqq);
3611                                 hrtimer_try_to_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
3612                         }
3613                         goto keep_queue;
3614                 }
3615         }
3616
3617         /*
3618          * No requests pending. However, if the in-service queue is idling
3619          * for a new request, or has requests waiting for a completion and
3620          * may idle after their completion, then keep it anyway.
3621          */
3622         if (bfq_bfqq_wait_request(bfqq) ||
3623             (bfqq->dispatched != 0 && bfq_bfqq_may_idle(bfqq))) {
3624                 bfqq = NULL;
3625                 goto keep_queue;
3626         }
3627
3628         reason = BFQQE_NO_MORE_REQUESTS;
3629 expire:
3630         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false, reason);
3631 new_queue:
3632         bfqq = bfq_set_in_service_queue(bfqd);
3633         if (bfqq) {
3634                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "select_queue: checking new queue");
3635                 goto check_queue;
3636         }
3637 keep_queue:
3638         if (bfqq)
3639                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "select_queue: returned this queue");
3640         else
3641                 bfq_log(bfqd, "select_queue: no queue returned");
3642
3643         return bfqq;
3644 }
3645
3646 static void bfq_update_wr_data(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
3647 {
3648         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
3649
3650         if (bfqq->wr_coeff > 1) { /* queue is being weight-raised */
3651                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq,
3652                         "raising period dur %u/%u msec, old coeff %u, w %d(%d)",
3653                         jiffies_to_msecs(jiffies - bfqq->last_wr_start_finish),
3654                         jiffies_to_msecs(bfqq->wr_cur_max_time),
3655                         bfqq->wr_coeff,
3656                         bfqq->entity.weight, bfqq->entity.orig_weight);
3657
3658                 if (entity->prio_changed)
3659                         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "WARN: pending prio change");
3660
3661                 /*
3662                  * If the queue was activated in a burst, or too much
3663                  * time has elapsed from the beginning of this
3664                  * weight-raising period, then end weight raising.
3665                  */
3666                 if (bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq))
3667                         bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
3668                 else if (time_is_before_jiffies(bfqq->last_wr_start_finish +
3669                                                 bfqq->wr_cur_max_time)) {
3670                         if (bfqq->wr_cur_max_time != bfqd->bfq_wr_rt_max_time ||
3671                         time_is_before_jiffies(bfqq->wr_start_at_switch_to_srt +
3672                                                bfq_wr_duration(bfqd)))
3673                                 bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
3674                         else {
3675                                 switch_back_to_interactive_wr(bfqq, bfqd);
3676                                 bfqq->entity.prio_changed = 1;
3677                         }
3678                 }
3679                 if (bfqq->wr_coeff > 1 &&
3680                     bfqq->wr_cur_max_time != bfqd->bfq_wr_rt_max_time &&
3681                     bfqq->service_from_wr > max_service_from_wr) {
3682                         /* see comments on max_service_from_wr */
3683                         bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
3684                 }
3685         }
3686         /*
3687          * To improve latency (for this or other queues), immediately
3688          * update weight both if it must be raised and if it must be
3689          * lowered. Since, entity may be on some active tree here, and
3690          * might have a pending change of its ioprio class, invoke
3691          * next function with the last parameter unset (see the
3692          * comments on the function).
3693          */
3694         if ((entity->weight > entity->orig_weight) != (bfqq->wr_coeff > 1))
3695                 __bfq_entity_update_weight_prio(bfq_entity_service_tree(entity),
3696                                                 entity, false);
3697 }
3698
3699 /*
3700  * Dispatch next request from bfqq.
3701  */
3702 static struct request *bfq_dispatch_rq_from_bfqq(struct bfq_data *bfqd,
3703                                                  struct bfq_queue *bfqq)
3704 {
3705         struct request *rq = bfqq->next_rq;
3706         unsigned long service_to_charge;
3707
3708         service_to_charge = bfq_serv_to_charge(rq, bfqq);
3709
3710         bfq_bfqq_served(bfqq, service_to_charge);
3711
3712         bfq_dispatch_remove(bfqd->queue, rq);
3713
3714         /*
3715          * If weight raising has to terminate for bfqq, then next
3716          * function causes an immediate update of bfqq's weight,
3717          * without waiting for next activation. As a consequence, on
3718          * expiration, bfqq will be timestamped as if has never been
3719          * weight-raised during this service slot, even if it has
3720          * received part or even most of the service as a
3721          * weight-raised queue. This inflates bfqq's timestamps, which
3722          * is beneficial, as bfqq is then more willing to leave the
3723          * device immediately to possible other weight-raised queues.
3724          */
3725         bfq_update_wr_data(bfqd, bfqq);
3726
3727         /*
3728          * Expire bfqq, pretending that its budget expired, if bfqq
3729          * belongs to CLASS_IDLE and other queues are waiting for
3730          * service.
3731          */
3732         if (bfqd->busy_queues > 1 && bfq_class_idle(bfqq))
3733                 goto expire;
3734
3735         return rq;
3736
3737 expire:
3738         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false, BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED);
3739         return rq;
3740 }
3741
3742 static bool bfq_has_work(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
3743 {
3744         struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
3745
3746         /*
3747          * Avoiding lock: a race on bfqd->busy_queues should cause at
3748          * most a call to dispatch for nothing
3749          */
3750         return !list_empty_careful(&bfqd->dispatch) ||
3751                 bfqd->busy_queues > 0;
3752 }
3753
3754 static struct request *__bfq_dispatch_request(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
3755 {
3756         struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
3757         struct request *rq = NULL;
3758         struct bfq_queue *bfqq = NULL;
3759
3760         if (!list_empty(&bfqd->dispatch)) {
3761                 rq = list_first_entry(&bfqd->dispatch, struct request,
3762                                       queuelist);
3763                 list_del_init(&rq->queuelist);
3764
3765                 bfqq = RQ_BFQQ(rq);
3766
3767                 if (bfqq) {
3768                         /*
3769                          * Increment counters here, because this
3770                          * dispatch does not follow the standard
3771                          * dispatch flow (where counters are
3772                          * incremented)
3773                          */
3774                         bfqq->dispatched++;
3775
3776                         goto inc_in_driver_start_rq;
3777                 }
3778
3779                 /*
3780                  * We exploit the bfq_finish_requeue_request hook to
3781                  * decrement rq_in_driver, but
3782                  * bfq_finish_requeue_request will not be invoked on
3783                  * this request. So, to avoid unbalance, just start
3784                  * this request, without incrementing rq_in_driver. As
3785                  * a negative consequence, rq_in_driver is deceptively
3786                  * lower than it should be while this request is in
3787                  * service. This may cause bfq_schedule_dispatch to be
3788                  * invoked uselessly.
3789                  *
3790                  * As for implementing an exact solution, the
3791                  * bfq_finish_requeue_request hook, if defined, is
3792                  * probably invoked also on this request. So, by
3793                  * exploiting this hook, we could 1) increment
3794                  * rq_in_driver here, and 2) decrement it in
3795                  * bfq_finish_requeue_request. Such a solution would
3796                  * let the value of the counter be always accurate,
3797                  * but it would entail using an extra interface
3798                  * function. This cost seems higher than the benefit,
3799                  * being the frequency of non-elevator-private
3800                  * requests very low.
3801                  */
3802                 goto start_rq;
3803         }
3804
3805         bfq_log(bfqd, "dispatch requests: %d busy queues", bfqd->busy_queues);
3806
3807         if (bfqd->busy_queues == 0)
3808                 goto exit;
3809
3810         /*
3811          * Force device to serve one request at a time if
3812          * strict_guarantees is true. Forcing this service scheme is
3813          * currently the ONLY way to guarantee that the request
3814          * service order enforced by the scheduler is respected by a
3815          * queueing device. Otherwise the device is free even to make
3816          * some unlucky request wait for as long as the device
3817          * wishes.
3818          *
3819          * Of course, serving one request at at time may cause loss of
3820          * throughput.
3821          */
3822         if (bfqd->strict_guarantees && bfqd->rq_in_driver > 0)
3823                 goto exit;
3824
3825         bfqq = bfq_select_queue(bfqd);
3826         if (!bfqq)
3827                 goto exit;
3828
3829         rq = bfq_dispatch_rq_from_bfqq(bfqd, bfqq);
3830
3831         if (rq) {
3832 inc_in_driver_start_rq:
3833                 bfqd->rq_in_driver++;
3834 start_rq:
3835                 rq->rq_flags |= RQF_STARTED;
3836         }
3837 exit:
3838         return rq;
3839 }
3840
3841 #if defined(CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED) && defined(CONFIG_DEBUG_BLK_CGROUP)
3842 static void bfq_update_dispatch_stats(struct request_queue *q,
3843                                       struct request *rq,
3844                                       struct bfq_queue *in_serv_queue,
3845                                       bool idle_timer_disabled)
3846 {
3847         struct bfq_queue *bfqq = rq ? RQ_BFQQ(rq) : NULL;
3848
3849         if (!idle_timer_disabled && !bfqq)
3850                 return;
3851
3852         /*
3853          * rq and bfqq are guaranteed to exist until this function
3854          * ends, for the following reasons. First, rq can be
3855          * dispatched to the device, and then can be completed and
3856          * freed, only after this function ends. Second, rq cannot be
3857          * merged (and thus freed because of a merge) any longer,
3858          * because it has already started. Thus rq cannot be freed
3859          * before this function ends, and, since rq has a reference to
3860          * bfqq, the same guarantee holds for bfqq too.
3861          *
3862          * In addition, the following queue lock guarantees that
3863          * bfqq_group(bfqq) exists as well.
3864          */
3865         spin_lock_irq(q->queue_lock);
3866         if (idle_timer_disabled)
3867                 /*
3868                  * Since the idle timer has been disabled,
3869                  * in_serv_queue contained some request when
3870                  * __bfq_dispatch_request was invoked above, which
3871                  * implies that rq was picked exactly from
3872                  * in_serv_queue. Thus in_serv_queue == bfqq, and is
3873                  * therefore guaranteed to exist because of the above
3874                  * arguments.
3875                  */
3876                 bfqg_stats_update_idle_time(bfqq_group(in_serv_queue));
3877         if (bfqq) {
3878                 struct bfq_group *bfqg = bfqq_group(bfqq);
3879
3880                 bfqg_stats_update_avg_queue_size(bfqg);
3881                 bfqg_stats_set_start_empty_time(bfqg);
3882                 bfqg_stats_update_io_remove(bfqg, rq->cmd_flags);
3883         }
3884         spin_unlock_irq(q->queue_lock);
3885 }
3886 #else
3887 static inline void bfq_update_dispatch_stats(struct request_queue *q,
3888                                              struct request *rq,
3889                                              struct bfq_queue *in_serv_queue,
3890                                              bool idle_timer_disabled) {}
3891 #endif
3892
3893 static struct request *bfq_dispatch_request(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
3894 {
3895         struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
3896         struct request *rq;
3897         struct bfq_queue *in_serv_queue;
3898         bool waiting_rq, idle_timer_disabled;
3899
3900         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
3901
3902         in_serv_queue = bfqd->in_service_queue;
3903         waiting_rq = in_serv_queue && bfq_bfqq_wait_request(in_serv_queue);
3904
3905         rq = __bfq_dispatch_request(hctx);
3906
3907         idle_timer_disabled =
3908                 waiting_rq && !bfq_bfqq_wait_request(in_serv_queue);
3909
3910         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
3911
3912         bfq_update_dispatch_stats(hctx->queue, rq, in_serv_queue,
3913                                   idle_timer_disabled);
3914
3915         return rq;
3916 }
3917
3918 /*
3919  * Task holds one reference to the queue, dropped when task exits.  Each rq
3920  * in-flight on this queue also holds a reference, dropped when rq is freed.
3921  *
3922  * Scheduler lock must be held here. Recall not to use bfqq after calling
3923  * this function on it.
3924  */
3925 void bfq_put_queue(struct bfq_queue *bfqq)
3926 {
3927 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
3928         struct bfq_group *bfqg = bfqq_group(bfqq);
3929 #endif
3930
3931         if (bfqq->bfqd)
3932                 bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "put_queue: %p %d",
3933                              bfqq, bfqq->ref);
3934
3935         bfqq->ref--;
3936         if (bfqq->ref)
3937                 return;
3938
3939         if (!hlist_unhashed(&bfqq->burst_list_node)) {
3940                 hlist_del_init(&bfqq->burst_list_node);
3941                 /*
3942                  * Decrement also burst size after the removal, if the
3943                  * process associated with bfqq is exiting, and thus
3944                  * does not contribute to the burst any longer. This
3945                  * decrement helps filter out false positives of large
3946                  * bursts, when some short-lived process (often due to
3947                  * the execution of commands by some service) happens
3948                  * to start and exit while a complex application is
3949                  * starting, and thus spawning several processes that
3950                  * do I/O (and that *must not* be treated as a large
3951                  * burst, see comments on bfq_handle_burst).
3952                  *
3953                  * In particular, the decrement is performed only if:
3954                  * 1) bfqq is not a merged queue, because, if it is,
3955                  * then this free of bfqq is not triggered by the exit
3956                  * of the process bfqq is associated with, but exactly
3957                  * by the fact that bfqq has just been merged.
3958                  * 2) burst_size is greater than 0, to handle
3959                  * unbalanced decrements. Unbalanced decrements may
3960                  * happen in te following case: bfqq is inserted into
3961                  * the current burst list--without incrementing
3962                  * bust_size--because of a split, but the current
3963                  * burst list is not the burst list bfqq belonged to
3964                  * (see comments on the case of a split in
3965                  * bfq_set_request).
3966                  */
3967                 if (bfqq->bic && bfqq->bfqd->burst_size > 0)
3968                         bfqq->bfqd->burst_size--;
3969         }
3970
3971         kmem_cache_free(bfq_pool, bfqq);
3972 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
3973         bfqg_and_blkg_put(bfqg);
3974 #endif
3975 }
3976
3977 static void bfq_put_cooperator(struct bfq_queue *bfqq)
3978 {
3979         struct bfq_queue *__bfqq, *next;
3980
3981         /*
3982          * If this queue was scheduled to merge with another queue, be
3983          * sure to drop the reference taken on that queue (and others in
3984          * the merge chain). See bfq_setup_merge and bfq_merge_bfqqs.
3985          */
3986         __bfqq = bfqq->new_bfqq;
3987         while (__bfqq) {
3988                 if (__bfqq == bfqq)
3989                         break;
3990                 next = __bfqq->new_bfqq;
3991                 bfq_put_queue(__bfqq);
3992                 __bfqq = next;
3993         }
3994 }
3995
3996 static void bfq_exit_bfqq(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
3997 {
3998         if (bfqq == bfqd->in_service_queue) {
3999                 __bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq);
4000                 bfq_schedule_dispatch(bfqd);
4001         }
4002
4003         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "exit_bfqq: %p, %d", bfqq, bfqq->ref);
4004
4005         bfq_put_cooperator(bfqq);
4006
4007         bfq_put_queue(bfqq); /* release process reference */
4008 }
4009
4010 static void bfq_exit_icq_bfqq(struct bfq_io_cq *bic, bool is_sync)
4011 {
4012         struct bfq_queue *bfqq = bic_to_bfqq(bic, is_sync);
4013         struct bfq_data *bfqd;
4014
4015         if (bfqq)
4016                 bfqd = bfqq->bfqd; /* NULL if scheduler already exited */
4017
4018         if (bfqq && bfqd) {
4019                 unsigned long flags;
4020
4021                 spin_lock_irqsave(&bfqd->lock, flags);
4022                 bfq_exit_bfqq(bfqd, bfqq);
4023                 bic_set_bfqq(bic, NULL, is_sync);
4024                 spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
4025         }
4026 }
4027
4028 static void bfq_exit_icq(struct io_cq *icq)
4029 {
4030         struct bfq_io_cq *bic = icq_to_bic(icq);
4031
4032         bfq_exit_icq_bfqq(bic, true);
4033         bfq_exit_icq_bfqq(bic, false);
4034 }
4035
4036 /*
4037  * Update the entity prio values; note that the new values will not
4038  * be used until the next (re)activation.
4039  */
4040 static void
4041 bfq_set_next_ioprio_data(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_io_cq *bic)
4042 {
4043         struct task_struct *tsk = current;
4044         int ioprio_class;
4045         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
4046
4047         if (!bfqd)
4048                 return;
4049
4050         ioprio_class = IOPRIO_PRIO_CLASS(bic->ioprio);
4051         switch (ioprio_class) {
4052         default:
4053                 dev_err(bfqq->bfqd->queue->backing_dev_info->dev,
4054                         "bfq: bad prio class %d\n", ioprio_class);
4055                 /* fall through */
4056         case IOPRIO_CLASS_NONE:
4057                 /*
4058                  * No prio set, inherit CPU scheduling settings.
4059                  */
4060                 bfqq->new_ioprio = task_nice_ioprio(tsk);
4061                 bfqq->new_ioprio_class = task_nice_ioclass(tsk);
4062                 break;
4063         case IOPRIO_CLASS_RT:
4064                 bfqq->new_ioprio = IOPRIO_PRIO_DATA(bic->ioprio);
4065                 bfqq->new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_RT;
4066                 break;
4067         case IOPRIO_CLASS_BE:
4068                 bfqq->new_ioprio = IOPRIO_PRIO_DATA(bic->ioprio);
4069                 bfqq->new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_BE;
4070                 break;
4071         case IOPRIO_CLASS_IDLE:
4072                 bfqq->new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_IDLE;
4073                 bfqq->new_ioprio = 7;
4074                 break;
4075         }
4076
4077         if (bfqq->new_ioprio >= IOPRIO_BE_NR) {
4078                 pr_crit("bfq_set_next_ioprio_data: new_ioprio %d\n",
4079                         bfqq->new_ioprio);
4080                 bfqq->new_ioprio = IOPRIO_BE_NR;
4081         }
4082
4083         bfqq->entity.new_weight = bfq_ioprio_to_weight(bfqq->new_ioprio);
4084         bfqq->entity.prio_changed = 1;
4085 }
4086
4087 static struct bfq_queue *bfq_get_queue(struct bfq_data *bfqd,
4088                                        struct bio *bio, bool is_sync,
4089                                        struct bfq_io_cq *bic);
4090
4091 static void bfq_check_ioprio_change(struct bfq_io_cq *bic, struct bio *bio)
4092 {
4093         struct bfq_data *bfqd = bic_to_bfqd(bic);
4094         struct bfq_queue *bfqq;
4095         int ioprio = bic->icq.ioc->ioprio;
4096
4097         /*
4098          * This condition may trigger on a newly created bic, be sure to
4099          * drop the lock before returning.
4100          */
4101         if (unlikely(!bfqd) || likely(bic->ioprio == ioprio))
4102                 return;
4103
4104         bic->ioprio = ioprio;
4105
4106         bfqq = bic_to_bfqq(bic, false);
4107         if (bfqq) {
4108                 /* release process reference on this queue */
4109                 bfq_put_queue(bfqq);
4110                 bfqq = bfq_get_queue(bfqd, bio, BLK_RW_ASYNC, bic);
4111                 bic_set_bfqq(bic, bfqq, false);
4112         }
4113
4114         bfqq = bic_to_bfqq(bic, true);
4115         if (bfqq)
4116                 bfq_set_next_ioprio_data(bfqq, bic);
4117 }
4118
4119 static void bfq_init_bfqq(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
4120                           struct bfq_io_cq *bic, pid_t pid, int is_sync)
4121 {
4122         RB_CLEAR_NODE(&bfqq->entity.rb_node);
4123         INIT_LIST_HEAD(&bfqq->fifo);
4124         INIT_HLIST_NODE(&bfqq->burst_list_node);
4125
4126         bfqq->ref = 0;
4127         bfqq->bfqd = bfqd;
4128
4129         if (bic)
4130                 bfq_set_next_ioprio_data(bfqq, bic);
4131
4132         if (is_sync) {
4133                 /*
4134                  * No need to mark as has_short_ttime if in
4135                  * idle_class, because no device idling is performed
4136                  * for queues in idle class
4137                  */
4138                 if (!bfq_class_idle(bfqq))
4139                         /* tentatively mark as has_short_ttime */
4140                         bfq_mark_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
4141                 bfq_mark_bfqq_sync(bfqq);
4142                 bfq_mark_bfqq_just_created(bfqq);
4143         } else
4144                 bfq_clear_bfqq_sync(bfqq);
4145
4146         /* set end request to minus infinity from now */
4147         bfqq->ttime.last_end_request = ktime_get_ns() + 1;
4148
4149         bfq_mark_bfqq_IO_bound(bfqq);
4150
4151         bfqq->pid = pid;
4152
4153         /* Tentative initial value to trade off between thr and lat */
4154         bfqq->max_budget = (2 * bfq_max_budget(bfqd)) / 3;
4155         bfqq->budget_timeout = bfq_smallest_from_now();
4156
4157         bfqq->wr_coeff = 1;
4158         bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
4159         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt = bfq_smallest_from_now();
4160         bfqq->split_time = bfq_smallest_from_now();
4161
4162         /*
4163          * To not forget the possibly high bandwidth consumed by a
4164          * process/queue in the recent past,
4165          * bfq_bfqq_softrt_next_start() returns a value at least equal
4166          * to the current value of bfqq->soft_rt_next_start (see
4167          * comments on bfq_bfqq_softrt_next_start).  Set
4168          * soft_rt_next_start to now, to mean that bfqq has consumed
4169          * no bandwidth so far.
4170          */
4171         bfqq->soft_rt_next_start = jiffies;
4172
4173         /* first request is almost certainly seeky */
4174         bfqq->seek_history = 1;
4175 }
4176
4177 static struct bfq_queue **bfq_async_queue_prio(struct bfq_data *bfqd,
4178                                                struct bfq_group *bfqg,
4179                                                int ioprio_class, int ioprio)
4180 {
4181         switch (ioprio_class) {
4182         case IOPRIO_CLASS_RT:
4183                 return &bfqg->async_bfqq[0][ioprio];
4184         case IOPRIO_CLASS_NONE:
4185                 ioprio = IOPRIO_NORM;
4186                 /* fall through */
4187         case IOPRIO_CLASS_BE:
4188                 return &bfqg->async_bfqq[1][ioprio];
4189         case IOPRIO_CLASS_IDLE:
4190                 return &bfqg->async_idle_bfqq;
4191         default:
4192                 return NULL;
4193         }
4194 }
4195
4196 static struct bfq_queue *bfq_get_queue(struct bfq_data *bfqd,
4197                                        struct bio *bio, bool is_sync,
4198                                        struct bfq_io_cq *bic)
4199 {
4200         const int ioprio = IOPRIO_PRIO_DATA(bic->ioprio);
4201         const int ioprio_class = IOPRIO_PRIO_CLASS(bic->ioprio);
4202         struct bfq_queue **async_bfqq = NULL;
4203         struct bfq_queue *bfqq;
4204         struct bfq_group *bfqg;
4205
4206         rcu_read_lock();
4207
4208         bfqg = bfq_find_set_group(bfqd, bio_blkcg(bio));
4209         if (!bfqg) {
4210                 bfqq = &bfqd->oom_bfqq;
4211                 goto out;
4212         }
4213
4214         if (!is_sync) {
4215                 async_bfqq = bfq_async_queue_prio(bfqd, bfqg, ioprio_class,
4216                                                   ioprio);
4217                 bfqq = *async_bfqq;
4218                 if (bfqq)
4219                         goto out;
4220         }
4221
4222         bfqq = kmem_cache_alloc_node(bfq_pool,
4223                                      GFP_NOWAIT | __GFP_ZERO | __GFP_NOWARN,
4224                                      bfqd->queue->node);
4225
4226         if (bfqq) {
4227                 bfq_init_bfqq(bfqd, bfqq, bic, current->pid,
4228                               is_sync);
4229                 bfq_init_entity(&bfqq->entity, bfqg);
4230                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "allocated");
4231         } else {
4232                 bfqq = &bfqd->oom_bfqq;
4233                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "using oom bfqq");
4234                 goto out;
4235         }
4236
4237         /*
4238          * Pin the queue now that it's allocated, scheduler exit will
4239          * prune it.
4240          */
4241         if (async_bfqq) {
4242                 bfqq->ref++; /*
4243                               * Extra group reference, w.r.t. sync
4244                               * queue. This extra reference is removed
4245                               * only if bfqq->bfqg disappears, to
4246                               * guarantee that this queue is not freed
4247                               * until its group goes away.
4248                               */
4249                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "get_queue, bfqq not in async: %p, %d",
4250                              bfqq, bfqq->ref);
4251                 *async_bfqq = bfqq;
4252         }
4253
4254 out:
4255         bfqq->ref++; /* get a process reference to this queue */
4256         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "get_queue, at end: %p, %d", bfqq, bfqq->ref);
4257         rcu_read_unlock();
4258         return bfqq;
4259 }
4260
4261 static void bfq_update_io_thinktime(struct bfq_data *bfqd,
4262                                     struct bfq_queue *bfqq)
4263 {
4264         struct bfq_ttime *ttime = &bfqq->ttime;
4265         u64 elapsed = ktime_get_ns() - bfqq->ttime.last_end_request;
4266
4267         elapsed = min_t(u64, elapsed, 2ULL * bfqd->bfq_slice_idle);
4268
4269         ttime->ttime_samples = (7*bfqq->ttime.ttime_samples + 256) / 8;
4270         ttime->ttime_total = div_u64(7*ttime->ttime_total + 256*elapsed,  8);
4271         ttime->ttime_mean = div64_ul(ttime->ttime_total + 128,
4272                                      ttime->ttime_samples);
4273 }
4274
4275 static void
4276 bfq_update_io_seektime(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
4277                        struct request *rq)
4278 {
4279         bfqq->seek_history <<= 1;
4280         bfqq->seek_history |=
4281                 get_sdist(bfqq->last_request_pos, rq) > BFQQ_SEEK_THR &&
4282                 (!blk_queue_nonrot(bfqd->queue) ||
4283                  blk_rq_sectors(rq) < BFQQ_SECT_THR_NONROT);
4284 }
4285
4286 static void bfq_update_has_short_ttime(struct bfq_data *bfqd,
4287                                        struct bfq_queue *bfqq,
4288                                        struct bfq_io_cq *bic)
4289 {
4290         bool has_short_ttime = true;
4291
4292         /*
4293          * No need to update has_short_ttime if bfqq is async or in
4294          * idle io prio class, or if bfq_slice_idle is zero, because
4295          * no device idling is performed for bfqq in this case.
4296          */
4297         if (!bfq_bfqq_sync(bfqq) || bfq_class_idle(bfqq) ||
4298             bfqd->bfq_slice_idle == 0)
4299                 return;
4300
4301         /* Idle window just restored, statistics are meaningless. */
4302         if (time_is_after_eq_jiffies(bfqq->split_time +
4303                                      bfqd->bfq_wr_min_idle_time))
4304                 return;
4305
4306         /* Think time is infinite if no process is linked to
4307          * bfqq. Otherwise check average think time to
4308          * decide whether to mark as has_short_ttime
4309          */
4310         if (atomic_read(&bic->icq.ioc->active_ref) == 0 ||
4311             (bfq_sample_valid(bfqq->ttime.ttime_samples) &&
4312              bfqq->ttime.ttime_mean > bfqd->bfq_slice_idle))
4313                 has_short_ttime = false;
4314
4315         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "update_has_short_ttime: has_short_ttime %d",
4316                      has_short_ttime);
4317
4318         if (has_short_ttime)
4319                 bfq_mark_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
4320         else
4321                 bfq_clear_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
4322 }
4323
4324 /*
4325  * Called when a new fs request (rq) is added to bfqq.  Check if there's
4326  * something we should do about it.
4327  */
4328 static void bfq_rq_enqueued(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
4329                             struct request *rq)
4330 {
4331         struct bfq_io_cq *bic = RQ_BIC(rq);
4332
4333         if (rq->cmd_flags & REQ_META)
4334                 bfqq->meta_pending++;
4335
4336         bfq_update_io_thinktime(bfqd, bfqq);
4337         bfq_update_has_short_ttime(bfqd, bfqq, bic);
4338         bfq_update_io_seektime(bfqd, bfqq, rq);
4339
4340         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq,
4341                      "rq_enqueued: has_short_ttime=%d (seeky %d)",
4342                      bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq), BFQQ_SEEKY(bfqq));
4343
4344         bfqq->last_request_pos = blk_rq_pos(rq) + blk_rq_sectors(rq);
4345
4346         if (bfqq == bfqd->in_service_queue && bfq_bfqq_wait_request(bfqq)) {
4347                 bool small_req = bfqq->queued[rq_is_sync(rq)] == 1 &&
4348                                  blk_rq_sectors(rq) < 32;
4349                 bool budget_timeout = bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq);
4350
4351                 /*
4352                  * There is just this request queued: if the request
4353                  * is small and the queue is not to be expired, then
4354                  * just exit.
4355                  *
4356                  * In this way, if the device is being idled to wait
4357                  * for a new request from the in-service queue, we
4358                  * avoid unplugging the device and committing the
4359                  * device to serve just a small request. On the
4360                  * contrary, we wait for the block layer to decide
4361                  * when to unplug the device: hopefully, new requests
4362                  * will be merged to this one quickly, then the device
4363                  * will be unplugged and larger requests will be
4364                  * dispatched.
4365                  */
4366                 if (small_req && !budget_timeout)
4367                         return;
4368
4369                 /*
4370                  * A large enough request arrived, or the queue is to
4371                  * be expired: in both cases disk idling is to be
4372                  * stopped, so clear wait_request flag and reset
4373                  * timer.
4374                  */
4375                 bfq_clear_bfqq_wait_request(bfqq);
4376                 hrtimer_try_to_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
4377
4378                 /*
4379                  * The queue is not empty, because a new request just
4380                  * arrived. Hence we can safely expire the queue, in
4381                  * case of budget timeout, without risking that the
4382                  * timestamps of the queue are not updated correctly.
4383                  * See [1] for more details.
4384                  */
4385                 if (budget_timeout)
4386                         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false,
4387                                         BFQQE_BUDGET_TIMEOUT);
4388         }
4389 }
4390
4391 /* returns true if it causes the idle timer to be disabled */
4392 static bool __bfq_insert_request(struct bfq_data *bfqd, struct request *rq)
4393 {
4394         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq),
4395                 *new_bfqq = bfq_setup_cooperator(bfqd, bfqq, rq, true);
4396         bool waiting, idle_timer_disabled = false;
4397
4398         if (new_bfqq) {
4399                 if (bic_to_bfqq(RQ_BIC(rq), 1) != bfqq)
4400                         new_bfqq = bic_to_bfqq(RQ_BIC(rq), 1);
4401                 /*
4402                  * Release the request's reference to the old bfqq
4403                  * and make sure one is taken to the shared queue.
4404                  */
4405                 new_bfqq->allocated++;
4406                 bfqq->allocated--;
4407                 new_bfqq->ref++;
4408                 /*
4409                  * If the bic associated with the process
4410                  * issuing this request still points to bfqq
4411                  * (and thus has not been already redirected
4412                  * to new_bfqq or even some other bfq_queue),
4413                  * then complete the merge and redirect it to
4414                  * new_bfqq.
4415                  */
4416                 if (bic_to_bfqq(RQ_BIC(rq), 1) == bfqq)
4417                         bfq_merge_bfqqs(bfqd, RQ_BIC(rq),
4418                                         bfqq, new_bfqq);
4419
4420                 bfq_clear_bfqq_just_created(bfqq);
4421                 /*
4422                  * rq is about to be enqueued into new_bfqq,
4423                  * release rq reference on bfqq
4424                  */
4425                 bfq_put_queue(bfqq);
4426                 rq->elv.priv[1] = new_bfqq;
4427                 bfqq = new_bfqq;
4428         }
4429
4430         waiting = bfqq && bfq_bfqq_wait_request(bfqq);
4431         bfq_add_request(rq);
4432         idle_timer_disabled = waiting && !bfq_bfqq_wait_request(bfqq);
4433
4434         rq->fifo_time = ktime_get_ns() + bfqd->bfq_fifo_expire[rq_is_sync(rq)];
4435         list_add_tail(&rq->queuelist, &bfqq->fifo);
4436
4437         bfq_rq_enqueued(bfqd, bfqq, rq);
4438
4439         return idle_timer_disabled;
4440 }
4441
4442 #if defined(CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED) && defined(CONFIG_DEBUG_BLK_CGROUP)
4443 static void bfq_update_insert_stats(struct request_queue *q,
4444                                     struct bfq_queue *bfqq,
4445                                     bool idle_timer_disabled,
4446                                     unsigned int cmd_flags)
4447 {
4448         if (!bfqq)
4449                 return;
4450
4451         /*
4452          * bfqq still exists, because it can disappear only after
4453          * either it is merged with another queue, or the process it
4454          * is associated with exits. But both actions must be taken by
4455          * the same process currently executing this flow of
4456          * instructions.
4457          *
4458          * In addition, the following queue lock guarantees that
4459          * bfqq_group(bfqq) exists as well.
4460          */
4461         spin_lock_irq(q->queue_lock);
4462         bfqg_stats_update_io_add(bfqq_group(bfqq), bfqq, cmd_flags);
4463         if (idle_timer_disabled)
4464                 bfqg_stats_update_idle_time(bfqq_group(bfqq));
4465         spin_unlock_irq(q->queue_lock);
4466 }
4467 #else
4468 static inline void bfq_update_insert_stats(struct request_queue *q,
4469                                            struct bfq_queue *bfqq,
4470                                            bool idle_timer_disabled,
4471                                            unsigned int cmd_flags) {}
4472 #endif
4473
4474 static void bfq_insert_request(struct blk_mq_hw_ctx *hctx, struct request *rq,
4475                                bool at_head)
4476 {
4477         struct request_queue *q = hctx->queue;
4478         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
4479         struct bfq_queue *bfqq;
4480         bool idle_timer_disabled = false;
4481         unsigned int cmd_flags;
4482
4483         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
4484         if (blk_mq_sched_try_insert_merge(q, rq)) {
4485                 spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
4486                 return;
4487         }
4488
4489         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
4490
4491         blk_mq_sched_request_inserted(rq);
4492
4493         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
4494         bfqq = bfq_init_rq(rq);
4495         if (at_head || blk_rq_is_passthrough(rq)) {
4496                 if (at_head)
4497                         list_add(&rq->queuelist, &bfqd->dispatch);
4498                 else
4499                         list_add_tail(&rq->queuelist, &bfqd->dispatch);
4500         } else { /* bfqq is assumed to be non null here */
4501                 idle_timer_disabled = __bfq_insert_request(bfqd, rq);
4502                 /*
4503                  * Update bfqq, because, if a queue merge has occurred
4504                  * in __bfq_insert_request, then rq has been
4505                  * redirected into a new queue.
4506                  */
4507                 bfqq = RQ_BFQQ(rq);
4508
4509                 if (rq_mergeable(rq)) {
4510                         elv_rqhash_add(q, rq);
4511                         if (!q->last_merge)
4512                                 q->last_merge = rq;
4513                 }
4514         }
4515
4516         /*
4517          * Cache cmd_flags before releasing scheduler lock, because rq
4518          * may disappear afterwards (for example, because of a request
4519          * merge).
4520          */
4521         cmd_flags = rq->cmd_flags;
4522
4523         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
4524
4525         bfq_update_insert_stats(q, bfqq, idle_timer_disabled,
4526                                 cmd_flags);
4527 }
4528
4529 static void bfq_insert_requests(struct blk_mq_hw_ctx *hctx,
4530                                 struct list_head *list, bool at_head)
4531 {
4532         while (!list_empty(list)) {
4533                 struct request *rq;
4534
4535                 rq = list_first_entry(list, struct request, queuelist);
4536                 list_del_init(&rq->queuelist);
4537                 bfq_insert_request(hctx, rq, at_head);
4538         }
4539 }
4540
4541 static void bfq_update_hw_tag(struct bfq_data *bfqd)
4542 {
4543         bfqd->max_rq_in_driver = max_t(int, bfqd->max_rq_in_driver,
4544                                        bfqd->rq_in_driver);
4545
4546         if (bfqd->hw_tag == 1)
4547                 return;
4548
4549         /*
4550          * This sample is valid if the number of outstanding requests
4551          * is large enough to allow a queueing behavior.  Note that the
4552          * sum is not exact, as it's not taking into account deactivated
4553          * requests.
4554          */
4555         if (bfqd->rq_in_driver + bfqd->queued < BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD)
4556                 return;
4557
4558         if (bfqd->hw_tag_samples++ < BFQ_HW_QUEUE_SAMPLES)
4559                 return;
4560
4561         bfqd->hw_tag = bfqd->max_rq_in_driver > BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD;
4562         bfqd->max_rq_in_driver = 0;
4563         bfqd->hw_tag_samples = 0;
4564 }
4565
4566 static void bfq_completed_request(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_data *bfqd)
4567 {
4568         u64 now_ns;
4569         u32 delta_us;
4570
4571         bfq_update_hw_tag(bfqd);
4572
4573         bfqd->rq_in_driver--;
4574         bfqq->dispatched--;
4575
4576         if (!bfqq->dispatched && !bfq_bfqq_busy(bfqq)) {
4577                 /*
4578                  * Set budget_timeout (which we overload to store the
4579                  * time at which the queue remains with no backlog and
4580                  * no outstanding request; used by the weight-raising
4581                  * mechanism).
4582                  */
4583                 bfqq->budget_timeout = jiffies;
4584
4585                 bfq_weights_tree_remove(bfqd, &bfqq->entity,
4586                                         &bfqd->queue_weights_tree);
4587         }
4588
4589         now_ns = ktime_get_ns();
4590
4591         bfqq->ttime.last_end_request = now_ns;
4592
4593         /*
4594          * Using us instead of ns, to get a reasonable precision in
4595          * computing rate in next check.
4596          */
4597         delta_us = div_u64(now_ns - bfqd->last_completion, NSEC_PER_USEC);
4598
4599         /*
4600          * If the request took rather long to complete, and, according
4601          * to the maximum request size recorded, this completion latency
4602          * implies that the request was certainly served at a very low
4603          * rate (less than 1M sectors/sec), then the whole observation
4604          * interval that lasts up to this time instant cannot be a
4605          * valid time interval for computing a new peak rate.  Invoke
4606          * bfq_update_rate_reset to have the following three steps
4607          * taken:
4608          * - close the observation interval at the last (previous)
4609          *   request dispatch or completion
4610          * - compute rate, if possible, for that observation interval
4611          * - reset to zero samples, which will trigger a proper
4612          *   re-initialization of the observation interval on next
4613          *   dispatch
4614          */
4615         if (delta_us > BFQ_MIN_TT/NSEC_PER_USEC &&
4616            (bfqd->last_rq_max_size<<BFQ_RATE_SHIFT)/delta_us <
4617                         1UL<<(BFQ_RATE_SHIFT - 10))
4618                 bfq_update_rate_reset(bfqd, NULL);
4619         bfqd->last_completion = now_ns;
4620
4621         /*
4622          * If we are waiting to discover whether the request pattern
4623          * of the task associated with the queue is actually
4624          * isochronous, and both requisites for this condition to hold
4625          * are now satisfied, then compute soft_rt_next_start (see the
4626          * comments on the function bfq_bfqq_softrt_next_start()). We
4627          * schedule this delayed check when bfqq expires, if it still
4628          * has in-flight requests.
4629          */
4630         if (bfq_bfqq_softrt_update(bfqq) && bfqq->dispatched == 0 &&
4631             RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list))
4632                 bfqq->soft_rt_next_start =
4633                         bfq_bfqq_softrt_next_start(bfqd, bfqq);
4634
4635         /*
4636          * If this is the in-service queue, check if it needs to be expired,
4637          * or if we want to idle in case it has no pending requests.
4638          */
4639         if (bfqd->in_service_queue == bfqq) {
4640                 if (bfqq->dispatched == 0 && bfq_bfqq_must_idle(bfqq)) {
4641                         bfq_arm_slice_timer(bfqd);
4642                         return;
4643                 } else if (bfq_may_expire_for_budg_timeout(bfqq))
4644                         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false,
4645                                         BFQQE_BUDGET_TIMEOUT);
4646                 else if (RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) &&
4647                          (bfqq->dispatched == 0 ||
4648                           !bfq_bfqq_may_idle(bfqq)))
4649                         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false,
4650                                         BFQQE_NO_MORE_REQUESTS);
4651         }
4652
4653         if (!bfqd->rq_in_driver)
4654                 bfq_schedule_dispatch(bfqd);
4655 }
4656
4657 static void bfq_finish_requeue_request_body(struct bfq_queue *bfqq)
4658 {
4659         bfqq->allocated--;
4660
4661         bfq_put_queue(bfqq);
4662 }
4663
4664 /*
4665  * Handle either a requeue or a finish for rq. The things to do are
4666  * the same in both cases: all references to rq are to be dropped. In
4667  * particular, rq is considered completed from the point of view of
4668  * the scheduler.
4669  */
4670 static void bfq_finish_requeue_request(struct request *rq)
4671 {
4672         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
4673         struct bfq_data *bfqd;
4674
4675         /*
4676          * Requeue and finish hooks are invoked in blk-mq without
4677          * checking whether the involved request is actually still
4678          * referenced in the scheduler. To handle this fact, the
4679          * following two checks make this function exit in case of
4680          * spurious invocations, for which there is nothing to do.
4681          *
4682          * First, check whether rq has nothing to do with an elevator.
4683          */
4684         if (unlikely(!(rq->rq_flags & RQF_ELVPRIV)))
4685                 return;
4686
4687         /*
4688          * rq either is not associated with any icq, or is an already
4689          * requeued request that has not (yet) been re-inserted into
4690          * a bfq_queue.
4691          */
4692         if (!rq->elv.icq || !bfqq)
4693                 return;
4694
4695         bfqd = bfqq->bfqd;
4696
4697         if (rq->rq_flags & RQF_STARTED)
4698                 bfqg_stats_update_completion(bfqq_group(bfqq),
4699                                              rq->start_time_ns,
4700                                              rq->io_start_time_ns,
4701                                              rq->cmd_flags);
4702
4703         if (likely(rq->rq_flags & RQF_STARTED)) {
4704                 unsigned long flags;
4705
4706                 spin_lock_irqsave(&bfqd->lock, flags);
4707
4708                 bfq_completed_request(bfqq, bfqd);
4709                 bfq_finish_requeue_request_body(bfqq);
4710
4711                 spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
4712         } else {
4713                 /*
4714                  * Request rq may be still/already in the scheduler,
4715                  * in which case we need to remove it (this should
4716                  * never happen in case of requeue). And we cannot
4717                  * defer such a check and removal, to avoid
4718                  * inconsistencies in the time interval from the end
4719                  * of this function to the start of the deferred work.
4720                  * This situation seems to occur only in process
4721                  * context, as a consequence of a merge. In the
4722                  * current version of the code, this implies that the
4723                  * lock is held.
4724                  */
4725
4726                 if (!RB_EMPTY_NODE(&rq->rb_node)) {
4727                         bfq_remove_request(rq->q, rq);
4728                         bfqg_stats_update_io_remove(bfqq_group(bfqq),
4729                                                     rq->cmd_flags);
4730                 }
4731                 bfq_finish_requeue_request_body(bfqq);
4732         }
4733
4734         /*
4735          * Reset private fields. In case of a requeue, this allows
4736          * this function to correctly do nothing if it is spuriously
4737          * invoked again on this same request (see the check at the
4738          * beginning of the function). Probably, a better general
4739          * design would be to prevent blk-mq from invoking the requeue
4740          * or finish hooks of an elevator, for a request that is not
4741          * referred by that elevator.
4742          *
4743          * Resetting the following fields would break the
4744          * request-insertion logic if rq is re-inserted into a bfq
4745          * internal queue, without a re-preparation. Here we assume
4746          * that re-insertions of requeued requests, without
4747          * re-preparation, can happen only for pass_through or at_head
4748          * requests (which are not re-inserted into bfq internal
4749          * queues).
4750          */
4751         rq->elv.priv[0] = NULL;
4752         rq->elv.priv[1] = NULL;
4753 }
4754
4755 /*
4756  * Returns NULL if a new bfqq should be allocated, or the old bfqq if this
4757  * was the last process referring to that bfqq.
4758  */
4759 static struct bfq_queue *
4760 bfq_split_bfqq(struct bfq_io_cq *bic, struct bfq_queue *bfqq)
4761 {
4762         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "splitting queue");
4763
4764         if (bfqq_process_refs(bfqq) == 1) {
4765                 bfqq->pid = current->pid;
4766                 bfq_clear_bfqq_coop(bfqq);
4767                 bfq_clear_bfqq_split_coop(bfqq);
4768                 return bfqq;
4769         }
4770
4771         bic_set_bfqq(bic, NULL, 1);
4772
4773         bfq_put_cooperator(bfqq);
4774
4775         bfq_put_queue(bfqq);
4776         return NULL;
4777 }
4778
4779 static struct bfq_queue *bfq_get_bfqq_handle_split(struct bfq_data *bfqd,
4780                                                    struct bfq_io_cq *bic,
4781                                                    struct bio *bio,
4782                                                    bool split, bool is_sync,
4783                                                    bool *new_queue)
4784 {
4785         struct bfq_queue *bfqq = bic_to_bfqq(bic, is_sync);
4786
4787         if (likely(bfqq && bfqq != &bfqd->oom_bfqq))
4788                 return bfqq;
4789
4790         if (new_queue)
4791                 *new_queue = true;
4792
4793         if (bfqq)
4794                 bfq_put_queue(bfqq);
4795         bfqq = bfq_get_queue(bfqd, bio, is_sync, bic);
4796
4797         bic_set_bfqq(bic, bfqq, is_sync);
4798         if (split && is_sync) {
4799                 if ((bic->was_in_burst_list && bfqd->large_burst) ||
4800                     bic->saved_in_large_burst)
4801                         bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq);
4802                 else {
4803                         bfq_clear_bfqq_in_large_burst(bfqq);
4804                         if (bic->was_in_burst_list)
4805                                 /*
4806                                  * If bfqq was in the current
4807                                  * burst list before being
4808                                  * merged, then we have to add
4809                                  * it back. And we do not need
4810                                  * to increase burst_size, as
4811                                  * we did not decrement
4812                                  * burst_size when we removed
4813                                  * bfqq from the burst list as
4814                                  * a consequence of a merge
4815                                  * (see comments in
4816                                  * bfq_put_queue). In this
4817                                  * respect, it would be rather
4818                                  * costly to know whether the
4819                                  * current burst list is still
4820                                  * the same burst list from
4821                                  * which bfqq was removed on
4822                                  * the merge. To avoid this
4823                                  * cost, if bfqq was in a
4824                                  * burst list, then we add
4825                                  * bfqq to the current burst
4826                                  * list without any further
4827                                  * check. This can cause
4828                                  * inappropriate insertions,
4829                                  * but rarely enough to not
4830                                  * harm the detection of large
4831                                  * bursts significantly.
4832                                  */
4833                                 hlist_add_head(&bfqq->burst_list_node,
4834                                                &bfqd->burst_list);
4835                 }
4836                 bfqq->split_time = jiffies;
4837         }
4838
4839         return bfqq;
4840 }
4841
4842 /*
4843  * Only reset private fields. The actual request preparation will be
4844  * performed by bfq_init_rq, when rq is either inserted or merged. See
4845  * comments on bfq_init_rq for the reason behind this delayed
4846  * preparation.
4847  */
4848 static void bfq_prepare_request(struct request *rq, struct bio *bio)
4849 {
4850         /*
4851          * Regardless of whether we have an icq attached, we have to
4852          * clear the scheduler pointers, as they might point to
4853          * previously allocated bic/bfqq structs.
4854          */
4855         rq->elv.priv[0] = rq->elv.priv[1] = NULL;
4856 }
4857
4858 /*
4859  * If needed, init rq, allocate bfq data structures associated with
4860  * rq, and increment reference counters in the destination bfq_queue
4861  * for rq. Return the destination bfq_queue for rq, or NULL is rq is
4862  * not associated with any bfq_queue.
4863  *
4864  * This function is invoked by the functions that perform rq insertion
4865  * or merging. One may have expected the above preparation operations
4866  * to be performed in bfq_prepare_request, and not delayed to when rq
4867  * is inserted or merged. The rationale behind this delayed
4868  * preparation is that, after the prepare_request hook is invoked for
4869  * rq, rq may still be transformed into a request with no icq, i.e., a
4870  * request not associated with any queue. No bfq hook is invoked to
4871  * signal this tranformation. As a consequence, should these
4872  * preparation operations be performed when the prepare_request hook
4873  * is invoked, and should rq be transformed one moment later, bfq
4874  * would end up in an inconsistent state, because it would have
4875  * incremented some queue counters for an rq destined to
4876  * transformation, without any chance to correctly lower these
4877  * counters back. In contrast, no transformation can still happen for
4878  * rq after rq has been inserted or merged. So, it is safe to execute
4879  * these preparation operations when rq is finally inserted or merged.
4880  */
4881 static struct bfq_queue *bfq_init_rq(struct request *rq)
4882 {
4883         struct request_queue *q = rq->q;
4884         struct bio *bio = rq->bio;
4885         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
4886         struct bfq_io_cq *bic;
4887         const int is_sync = rq_is_sync(rq);
4888         struct bfq_queue *bfqq;
4889         bool new_queue = false;
4890         bool bfqq_already_existing = false, split = false;
4891
4892         if (unlikely(!rq->elv.icq))
4893                 return NULL;
4894
4895         /*
4896          * Assuming that elv.priv[1] is set only if everything is set
4897          * for this rq. This holds true, because this function is
4898          * invoked only for insertion or merging, and, after such
4899          * events, a request cannot be manipulated any longer before
4900          * being removed from bfq.
4901          */
4902         if (rq->elv.priv[1])
4903                 return rq->elv.priv[1];
4904
4905         bic = icq_to_bic(rq->elv.icq);
4906
4907         bfq_check_ioprio_change(bic, bio);
4908
4909         bfq_bic_update_cgroup(bic, bio);
4910
4911         bfqq = bfq_get_bfqq_handle_split(bfqd, bic, bio, false, is_sync,
4912                                          &new_queue);
4913
4914         if (likely(!new_queue)) {
4915                 /* If the queue was seeky for too long, break it apart. */
4916                 if (bfq_bfqq_coop(bfqq) && bfq_bfqq_split_coop(bfqq)) {
4917                         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "breaking apart bfqq");
4918
4919                         /* Update bic before losing reference to bfqq */
4920                         if (bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq))
4921                                 bic->saved_in_large_burst = true;
4922
4923                         bfqq = bfq_split_bfqq(bic, bfqq);
4924                         split = true;
4925
4926                         if (!bfqq)
4927                                 bfqq = bfq_get_bfqq_handle_split(bfqd, bic, bio,
4928                                                                  true, is_sync,
4929                                                                  NULL);
4930                         else
4931                                 bfqq_already_existing = true;
4932                 }
4933         }
4934
4935         bfqq->allocated++;
4936         bfqq->ref++;
4937         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "get_request %p: bfqq %p, %d",
4938                      rq, bfqq, bfqq->ref);
4939
4940         rq->elv.priv[0] = bic;
4941         rq->elv.priv[1] = bfqq;
4942
4943         /*
4944          * If a bfq_queue has only one process reference, it is owned
4945          * by only this bic: we can then set bfqq->bic = bic. in
4946          * addition, if the queue has also just been split, we have to
4947          * resume its state.
4948          */
4949         if (likely(bfqq != &bfqd->oom_bfqq) && bfqq_process_refs(bfqq) == 1) {
4950                 bfqq->bic = bic;
4951                 if (split) {
4952                         /*
4953                          * The queue has just been split from a shared
4954                          * queue: restore the idle window and the
4955                          * possible weight raising period.
4956                          */
4957                         bfq_bfqq_resume_state(bfqq, bfqd, bic,
4958                                               bfqq_already_existing);
4959                 }
4960         }
4961
4962         if (unlikely(bfq_bfqq_just_created(bfqq)))
4963                 bfq_handle_burst(bfqd, bfqq);
4964
4965         return bfqq;
4966 }
4967
4968 static void bfq_idle_slice_timer_body(struct bfq_queue *bfqq)
4969 {
4970         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
4971         enum bfqq_expiration reason;
4972         unsigned long flags;
4973
4974         spin_lock_irqsave(&bfqd->lock, flags);
4975         bfq_clear_bfqq_wait_request(bfqq);
4976
4977         if (bfqq != bfqd->in_service_queue) {
4978                 spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
4979                 return;
4980         }
4981
4982         if (bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq))
4983                 /*
4984                  * Also here the queue can be safely expired
4985                  * for budget timeout without wasting
4986                  * guarantees
4987                  */
4988                 reason = BFQQE_BUDGET_TIMEOUT;
4989         else if (bfqq->queued[0] == 0 && bfqq->queued[1] == 0)
4990                 /*
4991                  * The queue may not be empty upon timer expiration,
4992                  * because we may not disable the timer when the
4993                  * first request of the in-service queue arrives
4994                  * during disk idling.
4995                  */
4996                 reason = BFQQE_TOO_IDLE;
4997         else
4998                 goto schedule_dispatch;
4999
5000         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, true, reason);
5001
5002 schedule_dispatch:
5003         spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
5004         bfq_schedule_dispatch(bfqd);
5005 }
5006
5007 /*
5008  * Handler of the expiration of the timer running if the in-service queue
5009  * is idling inside its time slice.
5010  */
5011 static enum hrtimer_restart bfq_idle_slice_timer(struct hrtimer *timer)
5012 {
5013         struct bfq_data *bfqd = container_of(timer, struct bfq_data,
5014                                              idle_slice_timer);
5015         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->in_service_queue;
5016
5017         /*
5018          * Theoretical race here: the in-service queue can be NULL or
5019          * different from the queue that was idling if a new request
5020          * arrives for the current queue and there is a full dispatch
5021          * cycle that changes the in-service queue.  This can hardly
5022          * happen, but in the worst case we just expire a queue too
5023          * early.
5024          */
5025         if (bfqq)
5026                 bfq_idle_slice_timer_body(bfqq);
5027
5028         return HRTIMER_NORESTART;
5029 }
5030
5031 static void __bfq_put_async_bfqq(struct bfq_data *bfqd,
5032                                  struct bfq_queue **bfqq_ptr)
5033 {
5034         struct bfq_queue *bfqq = *bfqq_ptr;
5035
5036         bfq_log(bfqd, "put_async_bfqq: %p", bfqq);
5037         if (bfqq) {
5038                 bfq_bfqq_move(bfqd, bfqq, bfqd->root_group);
5039
5040                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "put_async_bfqq: putting %p, %d",
5041                              bfqq, bfqq->ref);
5042                 bfq_put_queue(bfqq);
5043                 *bfqq_ptr = NULL;
5044         }
5045 }
5046
5047 /*
5048  * Release all the bfqg references to its async queues.  If we are
5049  * deallocating the group these queues may still contain requests, so
5050  * we reparent them to the root cgroup (i.e., the only one that will
5051  * exist for sure until all the requests on a device are gone).
5052  */
5053 void bfq_put_async_queues(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_group *bfqg)
5054 {
5055         int i, j;
5056
5057         for (i = 0; i < 2; i++)
5058                 for (j = 0; j < IOPRIO_BE_NR; j++)
5059                         __bfq_put_async_bfqq(bfqd, &bfqg->async_bfqq[i][j]);
5060
5061         __bfq_put_async_bfqq(bfqd, &bfqg->async_idle_bfqq);
5062 }
5063
5064 /*
5065  * See the comments on bfq_limit_depth for the purpose of
5066  * the depths set in the function. Return minimum shallow depth we'll use.
5067  */
5068 static unsigned int bfq_update_depths(struct bfq_data *bfqd,
5069                                       struct sbitmap_queue *bt)
5070 {
5071         unsigned int i, j, min_shallow = UINT_MAX;
5072
5073         /*
5074          * In-word depths if no bfq_queue is being weight-raised:
5075          * leaving 25% of tags only for sync reads.
5076          *
5077          * In next formulas, right-shift the value
5078          * (1U<<bt->sb.shift), instead of computing directly
5079          * (1U<<(bt->sb.shift - something)), to be robust against
5080          * any possible value of bt->sb.shift, without having to
5081          * limit 'something'.
5082          */
5083         /* no more than 50% of tags for async I/O */
5084         bfqd->word_depths[0][0] = max((1U << bt->sb.shift) >> 1, 1U);
5085         /*
5086          * no more than 75% of tags for sync writes (25% extra tags
5087          * w.r.t. async I/O, to prevent async I/O from starving sync
5088          * writes)
5089          */
5090         bfqd->word_depths[0][1] = max(((1U << bt->sb.shift) * 3) >> 2, 1U);
5091
5092         /*
5093          * In-word depths in case some bfq_queue is being weight-
5094          * raised: leaving ~63% of tags for sync reads. This is the
5095          * highest percentage for which, in our tests, application
5096          * start-up times didn't suffer from any regression due to tag
5097          * shortage.
5098          */
5099         /* no more than ~18% of tags for async I/O */
5100         bfqd->word_depths[1][0] = max(((1U << bt->sb.shift) * 3) >> 4, 1U);
5101         /* no more than ~37% of tags for sync writes (~20% extra tags) */
5102         bfqd->word_depths[1][1] = max(((1U << bt->sb.shift) * 6) >> 4, 1U);
5103
5104         for (i = 0; i < 2; i++)
5105                 for (j = 0; j < 2; j++)
5106                         min_shallow = min(min_shallow, bfqd->word_depths[i][j]);
5107
5108         return min_shallow;
5109 }
5110
5111 static int bfq_init_hctx(struct blk_mq_hw_ctx *hctx, unsigned int index)
5112 {
5113         struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
5114         struct blk_mq_tags *tags = hctx->sched_tags;
5115         unsigned int min_shallow;
5116
5117         min_shallow = bfq_update_depths(bfqd, &tags->bitmap_tags);
5118         sbitmap_queue_min_shallow_depth(&tags->bitmap_tags, min_shallow);
5119         return 0;
5120 }
5121
5122 static void bfq_exit_queue(struct elevator_queue *e)
5123 {
5124         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
5125         struct bfq_queue *bfqq, *n;
5126
5127         hrtimer_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
5128
5129         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
5130         list_for_each_entry_safe(bfqq, n, &bfqd->idle_list, bfqq_list)
5131                 bfq_deactivate_bfqq(bfqd, bfqq, false, false);
5132         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
5133
5134         hrtimer_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
5135
5136 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
5137         /* release oom-queue reference to root group */
5138         bfqg_and_blkg_put(bfqd->root_group);
5139
5140         blkcg_deactivate_policy(bfqd->queue, &blkcg_policy_bfq);
5141 #else
5142         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
5143         bfq_put_async_queues(bfqd, bfqd->root_group);
5144         kfree(bfqd->root_group);
5145         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
5146 #endif
5147
5148         kfree(bfqd);
5149 }
5150
5151 static void bfq_init_root_group(struct bfq_group *root_group,
5152                                 struct bfq_data *bfqd)
5153 {
5154         int i;
5155
5156 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
5157         root_group->entity.parent = NULL;
5158         root_group->my_entity = NULL;
5159         root_group->bfqd = bfqd;
5160 #endif
5161         root_group->rq_pos_tree = RB_ROOT;
5162         for (i = 0; i < BFQ_IOPRIO_CLASSES; i++)
5163                 root_group->sched_data.service_tree[i] = BFQ_SERVICE_TREE_INIT;
5164         root_group->sched_data.bfq_class_idle_last_service = jiffies;
5165 }
5166
5167 static int bfq_init_queue(struct request_queue *q, struct elevator_type *e)
5168 {
5169         struct bfq_data *bfqd;
5170         struct elevator_queue *eq;
5171
5172         eq = elevator_alloc(q, e);
5173         if (!eq)
5174                 return -ENOMEM;
5175
5176         bfqd = kzalloc_node(sizeof(*bfqd), GFP_KERNEL, q->node);
5177         if (!bfqd) {
5178                 kobject_put(&eq->kobj);
5179                 return -ENOMEM;
5180         }
5181         eq->elevator_data = bfqd;
5182
5183         spin_lock_irq(q->queue_lock);
5184         q->elevator = eq;
5185         spin_unlock_irq(q->queue_lock);
5186
5187         /*
5188          * Our fallback bfqq if bfq_find_alloc_queue() runs into OOM issues.
5189          * Grab a permanent reference to it, so that the normal code flow
5190          * will not attempt to free it.
5191          */
5192         bfq_init_bfqq(bfqd, &bfqd->oom_bfqq, NULL, 1, 0);
5193         bfqd->oom_bfqq.ref++;
5194         bfqd->oom_bfqq.new_ioprio = BFQ_DEFAULT_QUEUE_IOPRIO;
5195         bfqd->oom_bfqq.new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_BE;
5196         bfqd->oom_bfqq.entity.new_weight =
5197                 bfq_ioprio_to_weight(bfqd->oom_bfqq.new_ioprio);
5198
5199         /* oom_bfqq does not participate to bursts */
5200         bfq_clear_bfqq_just_created(&bfqd->oom_bfqq);
5201
5202         /*
5203          * Trigger weight initialization, according to ioprio, at the
5204          * oom_bfqq's first activation. The oom_bfqq's ioprio and ioprio
5205          * class won't be changed any more.
5206          */
5207         bfqd->oom_bfqq.entity.prio_changed = 1;
5208
5209         bfqd->queue = q;
5210
5211         INIT_LIST_HEAD(&bfqd->dispatch);
5212
5213         hrtimer_init(&bfqd->idle_slice_timer, CLOCK_MONOTONIC,
5214                      HRTIMER_MODE_REL);
5215         bfqd->idle_slice_timer.function = bfq_idle_slice_timer;
5216
5217         bfqd->queue_weights_tree = RB_ROOT;
5218         bfqd->group_weights_tree = RB_ROOT;
5219
5220         INIT_LIST_HEAD(&bfqd->active_list);
5221         INIT_LIST_HEAD(&bfqd->idle_list);
5222         INIT_HLIST_HEAD(&bfqd->burst_list);
5223
5224         bfqd->hw_tag = -1;
5225
5226         bfqd->bfq_max_budget = bfq_default_max_budget;
5227
5228         bfqd->bfq_fifo_expire[0] = bfq_fifo_expire[0];
5229         bfqd->bfq_fifo_expire[1] = bfq_fifo_expire[1];
5230         bfqd->bfq_back_max = bfq_back_max;
5231         bfqd->bfq_back_penalty = bfq_back_penalty;
5232         bfqd->bfq_slice_idle = bfq_slice_idle;
5233         bfqd->bfq_timeout = bfq_timeout;
5234
5235         bfqd->bfq_requests_within_timer = 120;
5236
5237         bfqd->bfq_large_burst_thresh = 8;
5238         bfqd->bfq_burst_interval = msecs_to_jiffies(180);
5239
5240         bfqd->low_latency = true;
5241
5242         /*
5243          * Trade-off between responsiveness and fairness.
5244          */
5245         bfqd->bfq_wr_coeff = 30;
5246         bfqd->bfq_wr_rt_max_time = msecs_to_jiffies(300);
5247         bfqd->bfq_wr_max_time = 0;
5248         bfqd->bfq_wr_min_idle_time = msecs_to_jiffies(2000);
5249         bfqd->bfq_wr_min_inter_arr_async = msecs_to_jiffies(500);
5250         bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate = 7000; /*
5251                                               * Approximate rate required
5252                                               * to playback or record a
5253                                               * high-definition compressed
5254                                               * video.
5255                                               */
5256         bfqd->wr_busy_queues = 0;
5257
5258         /*
5259          * Begin by assuming, optimistically, that the device peak
5260          * rate is equal to 2/3 of the highest reference rate.
5261          */
5262         bfqd->rate_dur_prod = ref_rate[blk_queue_nonrot(bfqd->queue)] *
5263                 ref_wr_duration[blk_queue_nonrot(bfqd->queue)];
5264         bfqd->peak_rate = ref_rate[blk_queue_nonrot(bfqd->queue)] * 2 / 3;
5265
5266         spin_lock_init(&bfqd->lock);
5267
5268         /*
5269          * The invocation of the next bfq_create_group_hierarchy
5270          * function is the head of a chain of function calls
5271          * (bfq_create_group_hierarchy->blkcg_activate_policy->
5272          * blk_mq_freeze_queue) that may lead to the invocation of the
5273          * has_work hook function. For this reason,
5274          * bfq_create_group_hierarchy is invoked only after all
5275          * scheduler data has been initialized, apart from the fields
5276          * that can be initialized only after invoking
5277          * bfq_create_group_hierarchy. This, in particular, enables
5278          * has_work to correctly return false. Of course, to avoid
5279          * other inconsistencies, the blk-mq stack must then refrain
5280          * from invoking further scheduler hooks before this init
5281          * function is finished.
5282          */
5283         bfqd->root_group = bfq_create_group_hierarchy(bfqd, q->node);
5284         if (!bfqd->root_group)
5285                 goto out_free;
5286         bfq_init_root_group(bfqd->root_group, bfqd);
5287         bfq_init_entity(&bfqd->oom_bfqq.entity, bfqd->root_group);
5288
5289         wbt_disable_default(q);
5290         return 0;
5291
5292 out_free:
5293         kfree(bfqd);
5294         kobject_put(&eq->kobj);
5295         return -ENOMEM;
5296 }
5297
5298 static void bfq_slab_kill(void)
5299 {
5300         kmem_cache_destroy(bfq_pool);
5301 }
5302
5303 static int __init bfq_slab_setup(void)
5304 {
5305         bfq_pool = KMEM_CACHE(bfq_queue, 0);
5306         if (!bfq_pool)
5307                 return -ENOMEM;
5308         return 0;
5309 }
5310
5311 static ssize_t bfq_var_show(unsigned int var, char *page)
5312 {
5313         return sprintf(page, "%u\n", var);
5314 }
5315
5316 static int bfq_var_store(unsigned long *var, const char *page)
5317 {
5318         unsigned long new_val;
5319         int ret = kstrtoul(page, 10, &new_val);
5320
5321         if (ret)
5322                 return ret;
5323         *var = new_val;
5324         return 0;
5325 }
5326
5327 #define SHOW_FUNCTION(__FUNC, __VAR, __CONV)                            \
5328 static ssize_t __FUNC(struct elevator_queue *e, char *page)             \
5329 {                                                                       \
5330         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
5331         u64 __data = __VAR;                                             \
5332         if (__CONV == 1)                                                \
5333                 __data = jiffies_to_msecs(__data);                      \
5334         else if (__CONV == 2)                                           \
5335                 __data = div_u64(__data, NSEC_PER_MSEC);                \
5336         return bfq_var_show(__data, (page));                            \
5337 }
5338 SHOW_FUNCTION(bfq_fifo_expire_sync_show, bfqd->bfq_fifo_expire[1], 2);
5339 SHOW_FUNCTION(bfq_fifo_expire_async_show, bfqd->bfq_fifo_expire[0], 2);
5340 SHOW_FUNCTION(bfq_back_seek_max_show, bfqd->bfq_back_max, 0);
5341 SHOW_FUNCTION(bfq_back_seek_penalty_show, bfqd->bfq_back_penalty, 0);
5342 SHOW_FUNCTION(bfq_slice_idle_show, bfqd->bfq_slice_idle, 2);
5343 SHOW_FUNCTION(bfq_max_budget_show, bfqd->bfq_user_max_budget, 0);
5344 SHOW_FUNCTION(bfq_timeout_sync_show, bfqd->bfq_timeout, 1);
5345 SHOW_FUNCTION(bfq_strict_guarantees_show, bfqd->strict_guarantees, 0);
5346 SHOW_FUNCTION(bfq_low_latency_show, bfqd->low_latency, 0);
5347 #undef SHOW_FUNCTION
5348
5349 #define USEC_SHOW_FUNCTION(__FUNC, __VAR)                               \
5350 static ssize_t __FUNC(struct elevator_queue *e, char *page)             \
5351 {                                                                       \
5352         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
5353         u64 __data = __VAR;                                             \
5354         __data = div_u64(__data, NSEC_PER_USEC);                        \
5355         return bfq_var_show(__data, (page));                            \
5356 }
5357 USEC_SHOW_FUNCTION(bfq_slice_idle_us_show, bfqd->bfq_slice_idle);
5358 #undef USEC_SHOW_FUNCTION
5359
5360 #define STORE_FUNCTION(__FUNC, __PTR, MIN, MAX, __CONV)                 \
5361 static ssize_t                                                          \
5362 __FUNC(struct elevator_queue *e, const char *page, size_t count)        \
5363 {                                                                       \
5364         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
5365         unsigned long __data, __min = (MIN), __max = (MAX);             \
5366         int ret;                                                        \
5367                                                                         \
5368         ret = bfq_var_store(&__data, (page));                           \
5369         if (ret)                                                        \
5370                 return ret;                                             \
5371         if (__data < __min)                                             \
5372                 __data = __min;                                         \
5373         else if (__data > __max)                                        \
5374                 __data = __max;                                         \
5375         if (__CONV == 1)                                                \
5376                 *(__PTR) = msecs_to_jiffies(__data);                    \
5377         else if (__CONV == 2)                                           \
5378                 *(__PTR) = (u64)__data * NSEC_PER_MSEC;                 \
5379         else                                                            \
5380                 *(__PTR) = __data;                                      \
5381         return count;                                                   \
5382 }
5383 STORE_FUNCTION(bfq_fifo_expire_sync_store, &bfqd->bfq_fifo_expire[1], 1,
5384                 INT_MAX, 2);
5385 STORE_FUNCTION(bfq_fifo_expire_async_store, &bfqd->bfq_fifo_expire[0], 1,
5386                 INT_MAX, 2);
5387 STORE_FUNCTION(bfq_back_seek_max_store, &bfqd->bfq_back_max, 0, INT_MAX, 0);
5388 STORE_FUNCTION(bfq_back_seek_penalty_store, &bfqd->bfq_back_penalty, 1,
5389                 INT_MAX, 0);
5390 STORE_FUNCTION(bfq_slice_idle_store, &bfqd->bfq_slice_idle, 0, INT_MAX, 2);
5391 #undef STORE_FUNCTION
5392
5393 #define USEC_STORE_FUNCTION(__FUNC, __PTR, MIN, MAX)                    \
5394 static ssize_t __FUNC(struct elevator_queue *e, const char *page, size_t count)\
5395 {                                                                       \
5396         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
5397         unsigned long __data, __min = (MIN), __max = (MAX);             \
5398         int ret;                                                        \
5399                                                                         \
5400         ret = bfq_var_store(&__data, (page));                           \
5401         if (ret)                                                        \
5402                 return ret;                                             \
5403         if (__data < __min)                                             \
5404                 __data = __min;                                         \
5405         else if (__data > __max)                                        \
5406                 __data = __max;                                         \
5407         *(__PTR) = (u64)__data * NSEC_PER_USEC;                         \
5408         return count;                                                   \
5409 }
5410 USEC_STORE_FUNCTION(bfq_slice_idle_us_store, &bfqd->bfq_slice_idle, 0,
5411                     UINT_MAX);
5412 #undef USEC_STORE_FUNCTION
5413
5414 static ssize_t bfq_max_budget_store(struct elevator_queue *e,
5415                                     const char *page, size_t count)
5416 {
5417         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
5418         unsigned long __data;
5419         int ret;
5420
5421         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
5422         if (ret)
5423                 return ret;
5424
5425         if (__data == 0)
5426                 bfqd->bfq_max_budget = bfq_calc_max_budget(bfqd);
5427         else {
5428                 if (__data > INT_MAX)
5429                         __data = INT_MAX;
5430                 bfqd->bfq_max_budget = __data;
5431         }
5432
5433         bfqd->bfq_user_max_budget = __data;
5434
5435         return count;
5436 }
5437
5438 /*
5439  * Leaving this name to preserve name compatibility with cfq
5440  * parameters, but this timeout is used for both sync and async.
5441  */
5442 static ssize_t bfq_timeout_sync_store(struct elevator_queue *e,
5443                                       const char *page, size_t count)
5444 {
5445         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
5446         unsigned long __data;
5447         int ret;
5448
5449         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
5450         if (ret)
5451                 return ret;
5452
5453         if (__data < 1)
5454                 __data = 1;
5455         else if (__data > INT_MAX)
5456                 __data = INT_MAX;
5457
5458         bfqd->bfq_timeout = msecs_to_jiffies(__data);
5459         if (bfqd->bfq_user_max_budget == 0)
5460                 bfqd->bfq_max_budget = bfq_calc_max_budget(bfqd);
5461
5462         return count;
5463 }
5464
5465 static ssize_t bfq_strict_guarantees_store(struct elevator_queue *e,
5466                                      const char *page, size_t count)
5467 {
5468         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
5469         unsigned long __data;
5470         int ret;
5471
5472         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
5473         if (ret)
5474                 return ret;
5475
5476         if (__data > 1)
5477                 __data = 1;
5478         if (!bfqd->strict_guarantees && __data == 1
5479             && bfqd->bfq_slice_idle < 8 * NSEC_PER_MSEC)
5480                 bfqd->bfq_slice_idle = 8 * NSEC_PER_MSEC;
5481
5482         bfqd->strict_guarantees = __data;
5483
5484         return count;
5485 }
5486
5487 static ssize_t bfq_low_latency_store(struct elevator_queue *e,
5488                                      const char *page, size_t count)
5489 {
5490         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
5491         unsigned long __data;
5492         int ret;
5493
5494         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
5495         if (ret)
5496                 return ret;
5497
5498         if (__data > 1)
5499                 __data = 1;
5500         if (__data == 0 && bfqd->low_latency != 0)
5501                 bfq_end_wr(bfqd);
5502         bfqd->low_latency = __data;
5503
5504         return count;
5505 }
5506
5507 #define BFQ_ATTR(name) \
5508         __ATTR(name, 0644, bfq_##name##_show, bfq_##name##_store)
5509
5510 static struct elv_fs_entry bfq_attrs[] = {
5511         BFQ_ATTR(fifo_expire_sync),
5512         BFQ_ATTR(fifo_expire_async),
5513         BFQ_ATTR(back_seek_max),
5514         BFQ_ATTR(back_seek_penalty),
5515         BFQ_ATTR(slice_idle),
5516         BFQ_ATTR(slice_idle_us),
5517         BFQ_ATTR(max_budget),
5518         BFQ_ATTR(timeout_sync),
5519         BFQ_ATTR(strict_guarantees),
5520         BFQ_ATTR(low_latency),
5521         __ATTR_NULL
5522 };
5523
5524 static struct elevator_type iosched_bfq_mq = {
5525         .ops.mq = {
5526                 .limit_depth            = bfq_limit_depth,
5527                 .prepare_request        = bfq_prepare_request,
5528                 .requeue_request        = bfq_finish_requeue_request,
5529                 .finish_request         = bfq_finish_requeue_request,
5530                 .exit_icq               = bfq_exit_icq,
5531                 .insert_requests        = bfq_insert_requests,
5532                 .dispatch_request       = bfq_dispatch_request,
5533                 .next_request           = elv_rb_latter_request,
5534                 .former_request         = elv_rb_former_request,
5535                 .allow_merge            = bfq_allow_bio_merge,
5536                 .bio_merge              = bfq_bio_merge,
5537                 .request_merge          = bfq_request_merge,
5538                 .requests_merged        = bfq_requests_merged,
5539                 .request_merged         = bfq_request_merged,
5540                 .has_work               = bfq_has_work,
5541                 .init_hctx              = bfq_init_hctx,
5542                 .init_sched             = bfq_init_queue,
5543                 .exit_sched             = bfq_exit_queue,
5544         },
5545
5546         .uses_mq =              true,
5547         .icq_size =             sizeof(struct bfq_io_cq),
5548         .icq_align =            __alignof__(struct bfq_io_cq),
5549         .elevator_attrs =       bfq_attrs,
5550         .elevator_name =        "bfq",
5551         .elevator_owner =       THIS_MODULE,
5552 };
5553 MODULE_ALIAS("bfq-iosched");
5554
5555 static int __init bfq_init(void)
5556 {
5557         int ret;
5558
5559 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
5560         ret = blkcg_policy_register(&blkcg_policy_bfq);
5561         if (ret)
5562                 return ret;
5563 #endif
5564
5565         ret = -ENOMEM;
5566         if (bfq_slab_setup())
5567                 goto err_pol_unreg;
5568
5569         /*
5570          * Times to load large popular applications for the typical
5571          * systems installed on the reference devices (see the
5572          * comments before the definition of the next
5573          * array). Actually, we use slightly lower values, as the
5574          * estimated peak rate tends to be smaller than the actual
5575          * peak rate.  The reason for this last fact is that estimates
5576          * are computed over much shorter time intervals than the long
5577          * intervals typically used for benchmarking. Why? First, to
5578          * adapt more quickly to variations. Second, because an I/O
5579          * scheduler cannot rely on a peak-rate-evaluation workload to
5580          * be run for a long time.
5581          */
5582         ref_wr_duration[0] = msecs_to_jiffies(7000); /* actually 8 sec */
5583         ref_wr_duration[1] = msecs_to_jiffies(2500); /* actually 3 sec */
5584
5585         ret = elv_register(&iosched_bfq_mq);
5586         if (ret)
5587                 goto slab_kill;
5588
5589         return 0;
5590
5591 slab_kill:
5592         bfq_slab_kill();
5593 err_pol_unreg:
5594 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
5595         blkcg_policy_unregister(&blkcg_policy_bfq);
5596 #endif
5597         return ret;
5598 }
5599
5600 static void __exit bfq_exit(void)
5601 {
5602         elv_unregister(&iosched_bfq_mq);
5603 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
5604         blkcg_policy_unregister(&blkcg_policy_bfq);
5605 #endif
5606         bfq_slab_kill();
5607 }
5608
5609 module_init(bfq_init);
5610 module_exit(bfq_exit);
5611
5612 MODULE_AUTHOR("Paolo Valente");
5613 MODULE_LICENSE("GPL");
5614 MODULE_DESCRIPTION("MQ Budget Fair Queueing I/O Scheduler");