Merge tag 'drm-coc-for-v4.12-rc1' of git://people.freedesktop.org/~airlied/linux
[sfrench/cifs-2.6.git] / block / bfq-iosched.c
1 /*
2  * Budget Fair Queueing (BFQ) I/O scheduler.
3  *
4  * Based on ideas and code from CFQ:
5  * Copyright (C) 2003 Jens Axboe <axboe@kernel.dk>
6  *
7  * Copyright (C) 2008 Fabio Checconi <fabio@gandalf.sssup.it>
8  *                    Paolo Valente <paolo.valente@unimore.it>
9  *
10  * Copyright (C) 2010 Paolo Valente <paolo.valente@unimore.it>
11  *                    Arianna Avanzini <avanzini@google.com>
12  *
13  * Copyright (C) 2017 Paolo Valente <paolo.valente@linaro.org>
14  *
15  *  This program is free software; you can redistribute it and/or
16  *  modify it under the terms of the GNU General Public License as
17  *  published by the Free Software Foundation; either version 2 of the
18  *  License, or (at your option) any later version.
19  *
20  *  This program is distributed in the hope that it will be useful,
21  *  but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
22  *  MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
23  *  General Public License for more details.
24  *
25  * BFQ is a proportional-share I/O scheduler, with some extra
26  * low-latency capabilities. BFQ also supports full hierarchical
27  * scheduling through cgroups. Next paragraphs provide an introduction
28  * on BFQ inner workings. Details on BFQ benefits, usage and
29  * limitations can be found in Documentation/block/bfq-iosched.txt.
30  *
31  * BFQ is a proportional-share storage-I/O scheduling algorithm based
32  * on the slice-by-slice service scheme of CFQ. But BFQ assigns
33  * budgets, measured in number of sectors, to processes instead of
34  * time slices. The device is not granted to the in-service process
35  * for a given time slice, but until it has exhausted its assigned
36  * budget. This change from the time to the service domain enables BFQ
37  * to distribute the device throughput among processes as desired,
38  * without any distortion due to throughput fluctuations, or to device
39  * internal queueing. BFQ uses an ad hoc internal scheduler, called
40  * B-WF2Q+, to schedule processes according to their budgets. More
41  * precisely, BFQ schedules queues associated with processes. Each
42  * process/queue is assigned a user-configurable weight, and B-WF2Q+
43  * guarantees that each queue receives a fraction of the throughput
44  * proportional to its weight. Thanks to the accurate policy of
45  * B-WF2Q+, BFQ can afford to assign high budgets to I/O-bound
46  * processes issuing sequential requests (to boost the throughput),
47  * and yet guarantee a low latency to interactive and soft real-time
48  * applications.
49  *
50  * In particular, to provide these low-latency guarantees, BFQ
51  * explicitly privileges the I/O of two classes of time-sensitive
52  * applications: interactive and soft real-time. This feature enables
53  * BFQ to provide applications in these classes with a very low
54  * latency. Finally, BFQ also features additional heuristics for
55  * preserving both a low latency and a high throughput on NCQ-capable,
56  * rotational or flash-based devices, and to get the job done quickly
57  * for applications consisting in many I/O-bound processes.
58  *
59  * BFQ is described in [1], where also a reference to the initial, more
60  * theoretical paper on BFQ can be found. The interested reader can find
61  * in the latter paper full details on the main algorithm, as well as
62  * formulas of the guarantees and formal proofs of all the properties.
63  * With respect to the version of BFQ presented in these papers, this
64  * implementation adds a few more heuristics, such as the one that
65  * guarantees a low latency to soft real-time applications, and a
66  * hierarchical extension based on H-WF2Q+.
67  *
68  * B-WF2Q+ is based on WF2Q+, which is described in [2], together with
69  * H-WF2Q+, while the augmented tree used here to implement B-WF2Q+
70  * with O(log N) complexity derives from the one introduced with EEVDF
71  * in [3].
72  *
73  * [1] P. Valente, A. Avanzini, "Evolution of the BFQ Storage I/O
74  *     Scheduler", Proceedings of the First Workshop on Mobile System
75  *     Technologies (MST-2015), May 2015.
76  *     http://algogroup.unimore.it/people/paolo/disk_sched/mst-2015.pdf
77  *
78  * [2] Jon C.R. Bennett and H. Zhang, "Hierarchical Packet Fair Queueing
79  *     Algorithms", IEEE/ACM Transactions on Networking, 5(5):675-689,
80  *     Oct 1997.
81  *
82  * http://www.cs.cmu.edu/~hzhang/papers/TON-97-Oct.ps.gz
83  *
84  * [3] I. Stoica and H. Abdel-Wahab, "Earliest Eligible Virtual Deadline
85  *     First: A Flexible and Accurate Mechanism for Proportional Share
86  *     Resource Allocation", technical report.
87  *
88  * http://www.cs.berkeley.edu/~istoica/papers/eevdf-tr-95.pdf
89  */
90 #include <linux/module.h>
91 #include <linux/slab.h>
92 #include <linux/blkdev.h>
93 #include <linux/cgroup.h>
94 #include <linux/elevator.h>
95 #include <linux/ktime.h>
96 #include <linux/rbtree.h>
97 #include <linux/ioprio.h>
98 #include <linux/sbitmap.h>
99 #include <linux/delay.h>
100
101 #include "blk.h"
102 #include "blk-mq.h"
103 #include "blk-mq-tag.h"
104 #include "blk-mq-sched.h"
105 #include "bfq-iosched.h"
106
107 #define BFQ_BFQQ_FNS(name)                                              \
108 void bfq_mark_bfqq_##name(struct bfq_queue *bfqq)                       \
109 {                                                                       \
110         __set_bit(BFQQF_##name, &(bfqq)->flags);                        \
111 }                                                                       \
112 void bfq_clear_bfqq_##name(struct bfq_queue *bfqq)                      \
113 {                                                                       \
114         __clear_bit(BFQQF_##name, &(bfqq)->flags);              \
115 }                                                                       \
116 int bfq_bfqq_##name(const struct bfq_queue *bfqq)                       \
117 {                                                                       \
118         return test_bit(BFQQF_##name, &(bfqq)->flags);          \
119 }
120
121 BFQ_BFQQ_FNS(just_created);
122 BFQ_BFQQ_FNS(busy);
123 BFQ_BFQQ_FNS(wait_request);
124 BFQ_BFQQ_FNS(non_blocking_wait_rq);
125 BFQ_BFQQ_FNS(fifo_expire);
126 BFQ_BFQQ_FNS(idle_window);
127 BFQ_BFQQ_FNS(sync);
128 BFQ_BFQQ_FNS(IO_bound);
129 BFQ_BFQQ_FNS(in_large_burst);
130 BFQ_BFQQ_FNS(coop);
131 BFQ_BFQQ_FNS(split_coop);
132 BFQ_BFQQ_FNS(softrt_update);
133 #undef BFQ_BFQQ_FNS                                             \
134
135 /* Expiration time of sync (0) and async (1) requests, in ns. */
136 static const u64 bfq_fifo_expire[2] = { NSEC_PER_SEC / 4, NSEC_PER_SEC / 8 };
137
138 /* Maximum backwards seek (magic number lifted from CFQ), in KiB. */
139 static const int bfq_back_max = 16 * 1024;
140
141 /* Penalty of a backwards seek, in number of sectors. */
142 static const int bfq_back_penalty = 2;
143
144 /* Idling period duration, in ns. */
145 static u64 bfq_slice_idle = NSEC_PER_SEC / 125;
146
147 /* Minimum number of assigned budgets for which stats are safe to compute. */
148 static const int bfq_stats_min_budgets = 194;
149
150 /* Default maximum budget values, in sectors and number of requests. */
151 static const int bfq_default_max_budget = 16 * 1024;
152
153 /*
154  * Async to sync throughput distribution is controlled as follows:
155  * when an async request is served, the entity is charged the number
156  * of sectors of the request, multiplied by the factor below
157  */
158 static const int bfq_async_charge_factor = 10;
159
160 /* Default timeout values, in jiffies, approximating CFQ defaults. */
161 const int bfq_timeout = HZ / 8;
162
163 static struct kmem_cache *bfq_pool;
164
165 /* Below this threshold (in ns), we consider thinktime immediate. */
166 #define BFQ_MIN_TT              (2 * NSEC_PER_MSEC)
167
168 /* hw_tag detection: parallel requests threshold and min samples needed. */
169 #define BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD  4
170 #define BFQ_HW_QUEUE_SAMPLES    32
171
172 #define BFQQ_SEEK_THR           (sector_t)(8 * 100)
173 #define BFQQ_SECT_THR_NONROT    (sector_t)(2 * 32)
174 #define BFQQ_CLOSE_THR          (sector_t)(8 * 1024)
175 #define BFQQ_SEEKY(bfqq)        (hweight32(bfqq->seek_history) > 32/8)
176
177 /* Min number of samples required to perform peak-rate update */
178 #define BFQ_RATE_MIN_SAMPLES    32
179 /* Min observation time interval required to perform a peak-rate update (ns) */
180 #define BFQ_RATE_MIN_INTERVAL   (300*NSEC_PER_MSEC)
181 /* Target observation time interval for a peak-rate update (ns) */
182 #define BFQ_RATE_REF_INTERVAL   NSEC_PER_SEC
183
184 /* Shift used for peak rate fixed precision calculations. */
185 #define BFQ_RATE_SHIFT          16
186
187 /*
188  * By default, BFQ computes the duration of the weight raising for
189  * interactive applications automatically, using the following formula:
190  * duration = (R / r) * T, where r is the peak rate of the device, and
191  * R and T are two reference parameters.
192  * In particular, R is the peak rate of the reference device (see below),
193  * and T is a reference time: given the systems that are likely to be
194  * installed on the reference device according to its speed class, T is
195  * about the maximum time needed, under BFQ and while reading two files in
196  * parallel, to load typical large applications on these systems.
197  * In practice, the slower/faster the device at hand is, the more/less it
198  * takes to load applications with respect to the reference device.
199  * Accordingly, the longer/shorter BFQ grants weight raising to interactive
200  * applications.
201  *
202  * BFQ uses four different reference pairs (R, T), depending on:
203  * . whether the device is rotational or non-rotational;
204  * . whether the device is slow, such as old or portable HDDs, as well as
205  *   SD cards, or fast, such as newer HDDs and SSDs.
206  *
207  * The device's speed class is dynamically (re)detected in
208  * bfq_update_peak_rate() every time the estimated peak rate is updated.
209  *
210  * In the following definitions, R_slow[0]/R_fast[0] and
211  * T_slow[0]/T_fast[0] are the reference values for a slow/fast
212  * rotational device, whereas R_slow[1]/R_fast[1] and
213  * T_slow[1]/T_fast[1] are the reference values for a slow/fast
214  * non-rotational device. Finally, device_speed_thresh are the
215  * thresholds used to switch between speed classes. The reference
216  * rates are not the actual peak rates of the devices used as a
217  * reference, but slightly lower values. The reason for using these
218  * slightly lower values is that the peak-rate estimator tends to
219  * yield slightly lower values than the actual peak rate (it can yield
220  * the actual peak rate only if there is only one process doing I/O,
221  * and the process does sequential I/O).
222  *
223  * Both the reference peak rates and the thresholds are measured in
224  * sectors/usec, left-shifted by BFQ_RATE_SHIFT.
225  */
226 static int R_slow[2] = {1000, 10700};
227 static int R_fast[2] = {14000, 33000};
228 /*
229  * To improve readability, a conversion function is used to initialize the
230  * following arrays, which entails that they can be initialized only in a
231  * function.
232  */
233 static int T_slow[2];
234 static int T_fast[2];
235 static int device_speed_thresh[2];
236
237 #define RQ_BIC(rq)              ((struct bfq_io_cq *) (rq)->elv.priv[0])
238 #define RQ_BFQQ(rq)             ((rq)->elv.priv[1])
239
240 struct bfq_queue *bic_to_bfqq(struct bfq_io_cq *bic, bool is_sync)
241 {
242         return bic->bfqq[is_sync];
243 }
244
245 void bic_set_bfqq(struct bfq_io_cq *bic, struct bfq_queue *bfqq, bool is_sync)
246 {
247         bic->bfqq[is_sync] = bfqq;
248 }
249
250 struct bfq_data *bic_to_bfqd(struct bfq_io_cq *bic)
251 {
252         return bic->icq.q->elevator->elevator_data;
253 }
254
255 /**
256  * icq_to_bic - convert iocontext queue structure to bfq_io_cq.
257  * @icq: the iocontext queue.
258  */
259 static struct bfq_io_cq *icq_to_bic(struct io_cq *icq)
260 {
261         /* bic->icq is the first member, %NULL will convert to %NULL */
262         return container_of(icq, struct bfq_io_cq, icq);
263 }
264
265 /**
266  * bfq_bic_lookup - search into @ioc a bic associated to @bfqd.
267  * @bfqd: the lookup key.
268  * @ioc: the io_context of the process doing I/O.
269  * @q: the request queue.
270  */
271 static struct bfq_io_cq *bfq_bic_lookup(struct bfq_data *bfqd,
272                                         struct io_context *ioc,
273                                         struct request_queue *q)
274 {
275         if (ioc) {
276                 unsigned long flags;
277                 struct bfq_io_cq *icq;
278
279                 spin_lock_irqsave(q->queue_lock, flags);
280                 icq = icq_to_bic(ioc_lookup_icq(ioc, q));
281                 spin_unlock_irqrestore(q->queue_lock, flags);
282
283                 return icq;
284         }
285
286         return NULL;
287 }
288
289 /*
290  * Scheduler run of queue, if there are requests pending and no one in the
291  * driver that will restart queueing.
292  */
293 void bfq_schedule_dispatch(struct bfq_data *bfqd)
294 {
295         if (bfqd->queued != 0) {
296                 bfq_log(bfqd, "schedule dispatch");
297                 blk_mq_run_hw_queues(bfqd->queue, true);
298         }
299 }
300
301 #define bfq_class_idle(bfqq)    ((bfqq)->ioprio_class == IOPRIO_CLASS_IDLE)
302 #define bfq_class_rt(bfqq)      ((bfqq)->ioprio_class == IOPRIO_CLASS_RT)
303
304 #define bfq_sample_valid(samples)       ((samples) > 80)
305
306 /*
307  * Lifted from AS - choose which of rq1 and rq2 that is best served now.
308  * We choose the request that is closesr to the head right now.  Distance
309  * behind the head is penalized and only allowed to a certain extent.
310  */
311 static struct request *bfq_choose_req(struct bfq_data *bfqd,
312                                       struct request *rq1,
313                                       struct request *rq2,
314                                       sector_t last)
315 {
316         sector_t s1, s2, d1 = 0, d2 = 0;
317         unsigned long back_max;
318 #define BFQ_RQ1_WRAP    0x01 /* request 1 wraps */
319 #define BFQ_RQ2_WRAP    0x02 /* request 2 wraps */
320         unsigned int wrap = 0; /* bit mask: requests behind the disk head? */
321
322         if (!rq1 || rq1 == rq2)
323                 return rq2;
324         if (!rq2)
325                 return rq1;
326
327         if (rq_is_sync(rq1) && !rq_is_sync(rq2))
328                 return rq1;
329         else if (rq_is_sync(rq2) && !rq_is_sync(rq1))
330                 return rq2;
331         if ((rq1->cmd_flags & REQ_META) && !(rq2->cmd_flags & REQ_META))
332                 return rq1;
333         else if ((rq2->cmd_flags & REQ_META) && !(rq1->cmd_flags & REQ_META))
334                 return rq2;
335
336         s1 = blk_rq_pos(rq1);
337         s2 = blk_rq_pos(rq2);
338
339         /*
340          * By definition, 1KiB is 2 sectors.
341          */
342         back_max = bfqd->bfq_back_max * 2;
343
344         /*
345          * Strict one way elevator _except_ in the case where we allow
346          * short backward seeks which are biased as twice the cost of a
347          * similar forward seek.
348          */
349         if (s1 >= last)
350                 d1 = s1 - last;
351         else if (s1 + back_max >= last)
352                 d1 = (last - s1) * bfqd->bfq_back_penalty;
353         else
354                 wrap |= BFQ_RQ1_WRAP;
355
356         if (s2 >= last)
357                 d2 = s2 - last;
358         else if (s2 + back_max >= last)
359                 d2 = (last - s2) * bfqd->bfq_back_penalty;
360         else
361                 wrap |= BFQ_RQ2_WRAP;
362
363         /* Found required data */
364
365         /*
366          * By doing switch() on the bit mask "wrap" we avoid having to
367          * check two variables for all permutations: --> faster!
368          */
369         switch (wrap) {
370         case 0: /* common case for CFQ: rq1 and rq2 not wrapped */
371                 if (d1 < d2)
372                         return rq1;
373                 else if (d2 < d1)
374                         return rq2;
375
376                 if (s1 >= s2)
377                         return rq1;
378                 else
379                         return rq2;
380
381         case BFQ_RQ2_WRAP:
382                 return rq1;
383         case BFQ_RQ1_WRAP:
384                 return rq2;
385         case BFQ_RQ1_WRAP|BFQ_RQ2_WRAP: /* both rqs wrapped */
386         default:
387                 /*
388                  * Since both rqs are wrapped,
389                  * start with the one that's further behind head
390                  * (--> only *one* back seek required),
391                  * since back seek takes more time than forward.
392                  */
393                 if (s1 <= s2)
394                         return rq1;
395                 else
396                         return rq2;
397         }
398 }
399
400 static struct bfq_queue *
401 bfq_rq_pos_tree_lookup(struct bfq_data *bfqd, struct rb_root *root,
402                      sector_t sector, struct rb_node **ret_parent,
403                      struct rb_node ***rb_link)
404 {
405         struct rb_node **p, *parent;
406         struct bfq_queue *bfqq = NULL;
407
408         parent = NULL;
409         p = &root->rb_node;
410         while (*p) {
411                 struct rb_node **n;
412
413                 parent = *p;
414                 bfqq = rb_entry(parent, struct bfq_queue, pos_node);
415
416                 /*
417                  * Sort strictly based on sector. Smallest to the left,
418                  * largest to the right.
419                  */
420                 if (sector > blk_rq_pos(bfqq->next_rq))
421                         n = &(*p)->rb_right;
422                 else if (sector < blk_rq_pos(bfqq->next_rq))
423                         n = &(*p)->rb_left;
424                 else
425                         break;
426                 p = n;
427                 bfqq = NULL;
428         }
429
430         *ret_parent = parent;
431         if (rb_link)
432                 *rb_link = p;
433
434         bfq_log(bfqd, "rq_pos_tree_lookup %llu: returning %d",
435                 (unsigned long long)sector,
436                 bfqq ? bfqq->pid : 0);
437
438         return bfqq;
439 }
440
441 void bfq_pos_tree_add_move(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
442 {
443         struct rb_node **p, *parent;
444         struct bfq_queue *__bfqq;
445
446         if (bfqq->pos_root) {
447                 rb_erase(&bfqq->pos_node, bfqq->pos_root);
448                 bfqq->pos_root = NULL;
449         }
450
451         if (bfq_class_idle(bfqq))
452                 return;
453         if (!bfqq->next_rq)
454                 return;
455
456         bfqq->pos_root = &bfq_bfqq_to_bfqg(bfqq)->rq_pos_tree;
457         __bfqq = bfq_rq_pos_tree_lookup(bfqd, bfqq->pos_root,
458                         blk_rq_pos(bfqq->next_rq), &parent, &p);
459         if (!__bfqq) {
460                 rb_link_node(&bfqq->pos_node, parent, p);
461                 rb_insert_color(&bfqq->pos_node, bfqq->pos_root);
462         } else
463                 bfqq->pos_root = NULL;
464 }
465
466 /*
467  * Tell whether there are active queues or groups with differentiated weights.
468  */
469 static bool bfq_differentiated_weights(struct bfq_data *bfqd)
470 {
471         /*
472          * For weights to differ, at least one of the trees must contain
473          * at least two nodes.
474          */
475         return (!RB_EMPTY_ROOT(&bfqd->queue_weights_tree) &&
476                 (bfqd->queue_weights_tree.rb_node->rb_left ||
477                  bfqd->queue_weights_tree.rb_node->rb_right)
478 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
479                ) ||
480                (!RB_EMPTY_ROOT(&bfqd->group_weights_tree) &&
481                 (bfqd->group_weights_tree.rb_node->rb_left ||
482                  bfqd->group_weights_tree.rb_node->rb_right)
483 #endif
484                );
485 }
486
487 /*
488  * The following function returns true if every queue must receive the
489  * same share of the throughput (this condition is used when deciding
490  * whether idling may be disabled, see the comments in the function
491  * bfq_bfqq_may_idle()).
492  *
493  * Such a scenario occurs when:
494  * 1) all active queues have the same weight,
495  * 2) all active groups at the same level in the groups tree have the same
496  *    weight,
497  * 3) all active groups at the same level in the groups tree have the same
498  *    number of children.
499  *
500  * Unfortunately, keeping the necessary state for evaluating exactly the
501  * above symmetry conditions would be quite complex and time-consuming.
502  * Therefore this function evaluates, instead, the following stronger
503  * sub-conditions, for which it is much easier to maintain the needed
504  * state:
505  * 1) all active queues have the same weight,
506  * 2) all active groups have the same weight,
507  * 3) all active groups have at most one active child each.
508  * In particular, the last two conditions are always true if hierarchical
509  * support and the cgroups interface are not enabled, thus no state needs
510  * to be maintained in this case.
511  */
512 static bool bfq_symmetric_scenario(struct bfq_data *bfqd)
513 {
514         return !bfq_differentiated_weights(bfqd);
515 }
516
517 /*
518  * If the weight-counter tree passed as input contains no counter for
519  * the weight of the input entity, then add that counter; otherwise just
520  * increment the existing counter.
521  *
522  * Note that weight-counter trees contain few nodes in mostly symmetric
523  * scenarios. For example, if all queues have the same weight, then the
524  * weight-counter tree for the queues may contain at most one node.
525  * This holds even if low_latency is on, because weight-raised queues
526  * are not inserted in the tree.
527  * In most scenarios, the rate at which nodes are created/destroyed
528  * should be low too.
529  */
530 void bfq_weights_tree_add(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_entity *entity,
531                           struct rb_root *root)
532 {
533         struct rb_node **new = &(root->rb_node), *parent = NULL;
534
535         /*
536          * Do not insert if the entity is already associated with a
537          * counter, which happens if:
538          *   1) the entity is associated with a queue,
539          *   2) a request arrival has caused the queue to become both
540          *      non-weight-raised, and hence change its weight, and
541          *      backlogged; in this respect, each of the two events
542          *      causes an invocation of this function,
543          *   3) this is the invocation of this function caused by the
544          *      second event. This second invocation is actually useless,
545          *      and we handle this fact by exiting immediately. More
546          *      efficient or clearer solutions might possibly be adopted.
547          */
548         if (entity->weight_counter)
549                 return;
550
551         while (*new) {
552                 struct bfq_weight_counter *__counter = container_of(*new,
553                                                 struct bfq_weight_counter,
554                                                 weights_node);
555                 parent = *new;
556
557                 if (entity->weight == __counter->weight) {
558                         entity->weight_counter = __counter;
559                         goto inc_counter;
560                 }
561                 if (entity->weight < __counter->weight)
562                         new = &((*new)->rb_left);
563                 else
564                         new = &((*new)->rb_right);
565         }
566
567         entity->weight_counter = kzalloc(sizeof(struct bfq_weight_counter),
568                                          GFP_ATOMIC);
569
570         /*
571          * In the unlucky event of an allocation failure, we just
572          * exit. This will cause the weight of entity to not be
573          * considered in bfq_differentiated_weights, which, in its
574          * turn, causes the scenario to be deemed wrongly symmetric in
575          * case entity's weight would have been the only weight making
576          * the scenario asymmetric. On the bright side, no unbalance
577          * will however occur when entity becomes inactive again (the
578          * invocation of this function is triggered by an activation
579          * of entity). In fact, bfq_weights_tree_remove does nothing
580          * if !entity->weight_counter.
581          */
582         if (unlikely(!entity->weight_counter))
583                 return;
584
585         entity->weight_counter->weight = entity->weight;
586         rb_link_node(&entity->weight_counter->weights_node, parent, new);
587         rb_insert_color(&entity->weight_counter->weights_node, root);
588
589 inc_counter:
590         entity->weight_counter->num_active++;
591 }
592
593 /*
594  * Decrement the weight counter associated with the entity, and, if the
595  * counter reaches 0, remove the counter from the tree.
596  * See the comments to the function bfq_weights_tree_add() for considerations
597  * about overhead.
598  */
599 void bfq_weights_tree_remove(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_entity *entity,
600                              struct rb_root *root)
601 {
602         if (!entity->weight_counter)
603                 return;
604
605         entity->weight_counter->num_active--;
606         if (entity->weight_counter->num_active > 0)
607                 goto reset_entity_pointer;
608
609         rb_erase(&entity->weight_counter->weights_node, root);
610         kfree(entity->weight_counter);
611
612 reset_entity_pointer:
613         entity->weight_counter = NULL;
614 }
615
616 /*
617  * Return expired entry, or NULL to just start from scratch in rbtree.
618  */
619 static struct request *bfq_check_fifo(struct bfq_queue *bfqq,
620                                       struct request *last)
621 {
622         struct request *rq;
623
624         if (bfq_bfqq_fifo_expire(bfqq))
625                 return NULL;
626
627         bfq_mark_bfqq_fifo_expire(bfqq);
628
629         rq = rq_entry_fifo(bfqq->fifo.next);
630
631         if (rq == last || ktime_get_ns() < rq->fifo_time)
632                 return NULL;
633
634         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "check_fifo: returned %p", rq);
635         return rq;
636 }
637
638 static struct request *bfq_find_next_rq(struct bfq_data *bfqd,
639                                         struct bfq_queue *bfqq,
640                                         struct request *last)
641 {
642         struct rb_node *rbnext = rb_next(&last->rb_node);
643         struct rb_node *rbprev = rb_prev(&last->rb_node);
644         struct request *next, *prev = NULL;
645
646         /* Follow expired path, else get first next available. */
647         next = bfq_check_fifo(bfqq, last);
648         if (next)
649                 return next;
650
651         if (rbprev)
652                 prev = rb_entry_rq(rbprev);
653
654         if (rbnext)
655                 next = rb_entry_rq(rbnext);
656         else {
657                 rbnext = rb_first(&bfqq->sort_list);
658                 if (rbnext && rbnext != &last->rb_node)
659                         next = rb_entry_rq(rbnext);
660         }
661
662         return bfq_choose_req(bfqd, next, prev, blk_rq_pos(last));
663 }
664
665 /* see the definition of bfq_async_charge_factor for details */
666 static unsigned long bfq_serv_to_charge(struct request *rq,
667                                         struct bfq_queue *bfqq)
668 {
669         if (bfq_bfqq_sync(bfqq) || bfqq->wr_coeff > 1)
670                 return blk_rq_sectors(rq);
671
672         /*
673          * If there are no weight-raised queues, then amplify service
674          * by just the async charge factor; otherwise amplify service
675          * by twice the async charge factor, to further reduce latency
676          * for weight-raised queues.
677          */
678         if (bfqq->bfqd->wr_busy_queues == 0)
679                 return blk_rq_sectors(rq) * bfq_async_charge_factor;
680
681         return blk_rq_sectors(rq) * 2 * bfq_async_charge_factor;
682 }
683
684 /**
685  * bfq_updated_next_req - update the queue after a new next_rq selection.
686  * @bfqd: the device data the queue belongs to.
687  * @bfqq: the queue to update.
688  *
689  * If the first request of a queue changes we make sure that the queue
690  * has enough budget to serve at least its first request (if the
691  * request has grown).  We do this because if the queue has not enough
692  * budget for its first request, it has to go through two dispatch
693  * rounds to actually get it dispatched.
694  */
695 static void bfq_updated_next_req(struct bfq_data *bfqd,
696                                  struct bfq_queue *bfqq)
697 {
698         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
699         struct request *next_rq = bfqq->next_rq;
700         unsigned long new_budget;
701
702         if (!next_rq)
703                 return;
704
705         if (bfqq == bfqd->in_service_queue)
706                 /*
707                  * In order not to break guarantees, budgets cannot be
708                  * changed after an entity has been selected.
709                  */
710                 return;
711
712         new_budget = max_t(unsigned long, bfqq->max_budget,
713                            bfq_serv_to_charge(next_rq, bfqq));
714         if (entity->budget != new_budget) {
715                 entity->budget = new_budget;
716                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "updated next rq: new budget %lu",
717                                          new_budget);
718                 bfq_requeue_bfqq(bfqd, bfqq);
719         }
720 }
721
722 static void
723 bfq_bfqq_resume_state(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_io_cq *bic)
724 {
725         if (bic->saved_idle_window)
726                 bfq_mark_bfqq_idle_window(bfqq);
727         else
728                 bfq_clear_bfqq_idle_window(bfqq);
729
730         if (bic->saved_IO_bound)
731                 bfq_mark_bfqq_IO_bound(bfqq);
732         else
733                 bfq_clear_bfqq_IO_bound(bfqq);
734
735         bfqq->ttime = bic->saved_ttime;
736         bfqq->wr_coeff = bic->saved_wr_coeff;
737         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt = bic->saved_wr_start_at_switch_to_srt;
738         bfqq->last_wr_start_finish = bic->saved_last_wr_start_finish;
739         bfqq->wr_cur_max_time = bic->saved_wr_cur_max_time;
740
741         if (bfqq->wr_coeff > 1 && (bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq) ||
742             time_is_before_jiffies(bfqq->last_wr_start_finish +
743                                    bfqq->wr_cur_max_time))) {
744                 bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq,
745                     "resume state: switching off wr");
746
747                 bfqq->wr_coeff = 1;
748         }
749
750         /* make sure weight will be updated, however we got here */
751         bfqq->entity.prio_changed = 1;
752 }
753
754 static int bfqq_process_refs(struct bfq_queue *bfqq)
755 {
756         return bfqq->ref - bfqq->allocated - bfqq->entity.on_st;
757 }
758
759 /* Empty burst list and add just bfqq (see comments on bfq_handle_burst) */
760 static void bfq_reset_burst_list(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
761 {
762         struct bfq_queue *item;
763         struct hlist_node *n;
764
765         hlist_for_each_entry_safe(item, n, &bfqd->burst_list, burst_list_node)
766                 hlist_del_init(&item->burst_list_node);
767         hlist_add_head(&bfqq->burst_list_node, &bfqd->burst_list);
768         bfqd->burst_size = 1;
769         bfqd->burst_parent_entity = bfqq->entity.parent;
770 }
771
772 /* Add bfqq to the list of queues in current burst (see bfq_handle_burst) */
773 static void bfq_add_to_burst(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
774 {
775         /* Increment burst size to take into account also bfqq */
776         bfqd->burst_size++;
777
778         if (bfqd->burst_size == bfqd->bfq_large_burst_thresh) {
779                 struct bfq_queue *pos, *bfqq_item;
780                 struct hlist_node *n;
781
782                 /*
783                  * Enough queues have been activated shortly after each
784                  * other to consider this burst as large.
785                  */
786                 bfqd->large_burst = true;
787
788                 /*
789                  * We can now mark all queues in the burst list as
790                  * belonging to a large burst.
791                  */
792                 hlist_for_each_entry(bfqq_item, &bfqd->burst_list,
793                                      burst_list_node)
794                         bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq_item);
795                 bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq);
796
797                 /*
798                  * From now on, and until the current burst finishes, any
799                  * new queue being activated shortly after the last queue
800                  * was inserted in the burst can be immediately marked as
801                  * belonging to a large burst. So the burst list is not
802                  * needed any more. Remove it.
803                  */
804                 hlist_for_each_entry_safe(pos, n, &bfqd->burst_list,
805                                           burst_list_node)
806                         hlist_del_init(&pos->burst_list_node);
807         } else /*
808                 * Burst not yet large: add bfqq to the burst list. Do
809                 * not increment the ref counter for bfqq, because bfqq
810                 * is removed from the burst list before freeing bfqq
811                 * in put_queue.
812                 */
813                 hlist_add_head(&bfqq->burst_list_node, &bfqd->burst_list);
814 }
815
816 /*
817  * If many queues belonging to the same group happen to be created
818  * shortly after each other, then the processes associated with these
819  * queues have typically a common goal. In particular, bursts of queue
820  * creations are usually caused by services or applications that spawn
821  * many parallel threads/processes. Examples are systemd during boot,
822  * or git grep. To help these processes get their job done as soon as
823  * possible, it is usually better to not grant either weight-raising
824  * or device idling to their queues.
825  *
826  * In this comment we describe, firstly, the reasons why this fact
827  * holds, and, secondly, the next function, which implements the main
828  * steps needed to properly mark these queues so that they can then be
829  * treated in a different way.
830  *
831  * The above services or applications benefit mostly from a high
832  * throughput: the quicker the requests of the activated queues are
833  * cumulatively served, the sooner the target job of these queues gets
834  * completed. As a consequence, weight-raising any of these queues,
835  * which also implies idling the device for it, is almost always
836  * counterproductive. In most cases it just lowers throughput.
837  *
838  * On the other hand, a burst of queue creations may be caused also by
839  * the start of an application that does not consist of a lot of
840  * parallel I/O-bound threads. In fact, with a complex application,
841  * several short processes may need to be executed to start-up the
842  * application. In this respect, to start an application as quickly as
843  * possible, the best thing to do is in any case to privilege the I/O
844  * related to the application with respect to all other
845  * I/O. Therefore, the best strategy to start as quickly as possible
846  * an application that causes a burst of queue creations is to
847  * weight-raise all the queues created during the burst. This is the
848  * exact opposite of the best strategy for the other type of bursts.
849  *
850  * In the end, to take the best action for each of the two cases, the
851  * two types of bursts need to be distinguished. Fortunately, this
852  * seems relatively easy, by looking at the sizes of the bursts. In
853  * particular, we found a threshold such that only bursts with a
854  * larger size than that threshold are apparently caused by
855  * services or commands such as systemd or git grep. For brevity,
856  * hereafter we call just 'large' these bursts. BFQ *does not*
857  * weight-raise queues whose creation occurs in a large burst. In
858  * addition, for each of these queues BFQ performs or does not perform
859  * idling depending on which choice boosts the throughput more. The
860  * exact choice depends on the device and request pattern at
861  * hand.
862  *
863  * Unfortunately, false positives may occur while an interactive task
864  * is starting (e.g., an application is being started). The
865  * consequence is that the queues associated with the task do not
866  * enjoy weight raising as expected. Fortunately these false positives
867  * are very rare. They typically occur if some service happens to
868  * start doing I/O exactly when the interactive task starts.
869  *
870  * Turning back to the next function, it implements all the steps
871  * needed to detect the occurrence of a large burst and to properly
872  * mark all the queues belonging to it (so that they can then be
873  * treated in a different way). This goal is achieved by maintaining a
874  * "burst list" that holds, temporarily, the queues that belong to the
875  * burst in progress. The list is then used to mark these queues as
876  * belonging to a large burst if the burst does become large. The main
877  * steps are the following.
878  *
879  * . when the very first queue is created, the queue is inserted into the
880  *   list (as it could be the first queue in a possible burst)
881  *
882  * . if the current burst has not yet become large, and a queue Q that does
883  *   not yet belong to the burst is activated shortly after the last time
884  *   at which a new queue entered the burst list, then the function appends
885  *   Q to the burst list
886  *
887  * . if, as a consequence of the previous step, the burst size reaches
888  *   the large-burst threshold, then
889  *
890  *     . all the queues in the burst list are marked as belonging to a
891  *       large burst
892  *
893  *     . the burst list is deleted; in fact, the burst list already served
894  *       its purpose (keeping temporarily track of the queues in a burst,
895  *       so as to be able to mark them as belonging to a large burst in the
896  *       previous sub-step), and now is not needed any more
897  *
898  *     . the device enters a large-burst mode
899  *
900  * . if a queue Q that does not belong to the burst is created while
901  *   the device is in large-burst mode and shortly after the last time
902  *   at which a queue either entered the burst list or was marked as
903  *   belonging to the current large burst, then Q is immediately marked
904  *   as belonging to a large burst.
905  *
906  * . if a queue Q that does not belong to the burst is created a while
907  *   later, i.e., not shortly after, than the last time at which a queue
908  *   either entered the burst list or was marked as belonging to the
909  *   current large burst, then the current burst is deemed as finished and:
910  *
911  *        . the large-burst mode is reset if set
912  *
913  *        . the burst list is emptied
914  *
915  *        . Q is inserted in the burst list, as Q may be the first queue
916  *          in a possible new burst (then the burst list contains just Q
917  *          after this step).
918  */
919 static void bfq_handle_burst(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
920 {
921         /*
922          * If bfqq is already in the burst list or is part of a large
923          * burst, or finally has just been split, then there is
924          * nothing else to do.
925          */
926         if (!hlist_unhashed(&bfqq->burst_list_node) ||
927             bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq) ||
928             time_is_after_eq_jiffies(bfqq->split_time +
929                                      msecs_to_jiffies(10)))
930                 return;
931
932         /*
933          * If bfqq's creation happens late enough, or bfqq belongs to
934          * a different group than the burst group, then the current
935          * burst is finished, and related data structures must be
936          * reset.
937          *
938          * In this respect, consider the special case where bfqq is
939          * the very first queue created after BFQ is selected for this
940          * device. In this case, last_ins_in_burst and
941          * burst_parent_entity are not yet significant when we get
942          * here. But it is easy to verify that, whether or not the
943          * following condition is true, bfqq will end up being
944          * inserted into the burst list. In particular the list will
945          * happen to contain only bfqq. And this is exactly what has
946          * to happen, as bfqq may be the first queue of the first
947          * burst.
948          */
949         if (time_is_before_jiffies(bfqd->last_ins_in_burst +
950             bfqd->bfq_burst_interval) ||
951             bfqq->entity.parent != bfqd->burst_parent_entity) {
952                 bfqd->large_burst = false;
953                 bfq_reset_burst_list(bfqd, bfqq);
954                 goto end;
955         }
956
957         /*
958          * If we get here, then bfqq is being activated shortly after the
959          * last queue. So, if the current burst is also large, we can mark
960          * bfqq as belonging to this large burst immediately.
961          */
962         if (bfqd->large_burst) {
963                 bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq);
964                 goto end;
965         }
966
967         /*
968          * If we get here, then a large-burst state has not yet been
969          * reached, but bfqq is being activated shortly after the last
970          * queue. Then we add bfqq to the burst.
971          */
972         bfq_add_to_burst(bfqd, bfqq);
973 end:
974         /*
975          * At this point, bfqq either has been added to the current
976          * burst or has caused the current burst to terminate and a
977          * possible new burst to start. In particular, in the second
978          * case, bfqq has become the first queue in the possible new
979          * burst.  In both cases last_ins_in_burst needs to be moved
980          * forward.
981          */
982         bfqd->last_ins_in_burst = jiffies;
983 }
984
985 static int bfq_bfqq_budget_left(struct bfq_queue *bfqq)
986 {
987         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
988
989         return entity->budget - entity->service;
990 }
991
992 /*
993  * If enough samples have been computed, return the current max budget
994  * stored in bfqd, which is dynamically updated according to the
995  * estimated disk peak rate; otherwise return the default max budget
996  */
997 static int bfq_max_budget(struct bfq_data *bfqd)
998 {
999         if (bfqd->budgets_assigned < bfq_stats_min_budgets)
1000                 return bfq_default_max_budget;
1001         else
1002                 return bfqd->bfq_max_budget;
1003 }
1004
1005 /*
1006  * Return min budget, which is a fraction of the current or default
1007  * max budget (trying with 1/32)
1008  */
1009 static int bfq_min_budget(struct bfq_data *bfqd)
1010 {
1011         if (bfqd->budgets_assigned < bfq_stats_min_budgets)
1012                 return bfq_default_max_budget / 32;
1013         else
1014                 return bfqd->bfq_max_budget / 32;
1015 }
1016
1017 /*
1018  * The next function, invoked after the input queue bfqq switches from
1019  * idle to busy, updates the budget of bfqq. The function also tells
1020  * whether the in-service queue should be expired, by returning
1021  * true. The purpose of expiring the in-service queue is to give bfqq
1022  * the chance to possibly preempt the in-service queue, and the reason
1023  * for preempting the in-service queue is to achieve one of the two
1024  * goals below.
1025  *
1026  * 1. Guarantee to bfqq its reserved bandwidth even if bfqq has
1027  * expired because it has remained idle. In particular, bfqq may have
1028  * expired for one of the following two reasons:
1029  *
1030  * - BFQQE_NO_MORE_REQUESTS bfqq did not enjoy any device idling
1031  *   and did not make it to issue a new request before its last
1032  *   request was served;
1033  *
1034  * - BFQQE_TOO_IDLE bfqq did enjoy device idling, but did not issue
1035  *   a new request before the expiration of the idling-time.
1036  *
1037  * Even if bfqq has expired for one of the above reasons, the process
1038  * associated with the queue may be however issuing requests greedily,
1039  * and thus be sensitive to the bandwidth it receives (bfqq may have
1040  * remained idle for other reasons: CPU high load, bfqq not enjoying
1041  * idling, I/O throttling somewhere in the path from the process to
1042  * the I/O scheduler, ...). But if, after every expiration for one of
1043  * the above two reasons, bfqq has to wait for the service of at least
1044  * one full budget of another queue before being served again, then
1045  * bfqq is likely to get a much lower bandwidth or resource time than
1046  * its reserved ones. To address this issue, two countermeasures need
1047  * to be taken.
1048  *
1049  * First, the budget and the timestamps of bfqq need to be updated in
1050  * a special way on bfqq reactivation: they need to be updated as if
1051  * bfqq did not remain idle and did not expire. In fact, if they are
1052  * computed as if bfqq expired and remained idle until reactivation,
1053  * then the process associated with bfqq is treated as if, instead of
1054  * being greedy, it stopped issuing requests when bfqq remained idle,
1055  * and restarts issuing requests only on this reactivation. In other
1056  * words, the scheduler does not help the process recover the "service
1057  * hole" between bfqq expiration and reactivation. As a consequence,
1058  * the process receives a lower bandwidth than its reserved one. In
1059  * contrast, to recover this hole, the budget must be updated as if
1060  * bfqq was not expired at all before this reactivation, i.e., it must
1061  * be set to the value of the remaining budget when bfqq was
1062  * expired. Along the same line, timestamps need to be assigned the
1063  * value they had the last time bfqq was selected for service, i.e.,
1064  * before last expiration. Thus timestamps need to be back-shifted
1065  * with respect to their normal computation (see [1] for more details
1066  * on this tricky aspect).
1067  *
1068  * Secondly, to allow the process to recover the hole, the in-service
1069  * queue must be expired too, to give bfqq the chance to preempt it
1070  * immediately. In fact, if bfqq has to wait for a full budget of the
1071  * in-service queue to be completed, then it may become impossible to
1072  * let the process recover the hole, even if the back-shifted
1073  * timestamps of bfqq are lower than those of the in-service queue. If
1074  * this happens for most or all of the holes, then the process may not
1075  * receive its reserved bandwidth. In this respect, it is worth noting
1076  * that, being the service of outstanding requests unpreemptible, a
1077  * little fraction of the holes may however be unrecoverable, thereby
1078  * causing a little loss of bandwidth.
1079  *
1080  * The last important point is detecting whether bfqq does need this
1081  * bandwidth recovery. In this respect, the next function deems the
1082  * process associated with bfqq greedy, and thus allows it to recover
1083  * the hole, if: 1) the process is waiting for the arrival of a new
1084  * request (which implies that bfqq expired for one of the above two
1085  * reasons), and 2) such a request has arrived soon. The first
1086  * condition is controlled through the flag non_blocking_wait_rq,
1087  * while the second through the flag arrived_in_time. If both
1088  * conditions hold, then the function computes the budget in the
1089  * above-described special way, and signals that the in-service queue
1090  * should be expired. Timestamp back-shifting is done later in
1091  * __bfq_activate_entity.
1092  *
1093  * 2. Reduce latency. Even if timestamps are not backshifted to let
1094  * the process associated with bfqq recover a service hole, bfqq may
1095  * however happen to have, after being (re)activated, a lower finish
1096  * timestamp than the in-service queue.  That is, the next budget of
1097  * bfqq may have to be completed before the one of the in-service
1098  * queue. If this is the case, then preempting the in-service queue
1099  * allows this goal to be achieved, apart from the unpreemptible,
1100  * outstanding requests mentioned above.
1101  *
1102  * Unfortunately, regardless of which of the above two goals one wants
1103  * to achieve, service trees need first to be updated to know whether
1104  * the in-service queue must be preempted. To have service trees
1105  * correctly updated, the in-service queue must be expired and
1106  * rescheduled, and bfqq must be scheduled too. This is one of the
1107  * most costly operations (in future versions, the scheduling
1108  * mechanism may be re-designed in such a way to make it possible to
1109  * know whether preemption is needed without needing to update service
1110  * trees). In addition, queue preemptions almost always cause random
1111  * I/O, and thus loss of throughput. Because of these facts, the next
1112  * function adopts the following simple scheme to avoid both costly
1113  * operations and too frequent preemptions: it requests the expiration
1114  * of the in-service queue (unconditionally) only for queues that need
1115  * to recover a hole, or that either are weight-raised or deserve to
1116  * be weight-raised.
1117  */
1118 static bool bfq_bfqq_update_budg_for_activation(struct bfq_data *bfqd,
1119                                                 struct bfq_queue *bfqq,
1120                                                 bool arrived_in_time,
1121                                                 bool wr_or_deserves_wr)
1122 {
1123         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
1124
1125         if (bfq_bfqq_non_blocking_wait_rq(bfqq) && arrived_in_time) {
1126                 /*
1127                  * We do not clear the flag non_blocking_wait_rq here, as
1128                  * the latter is used in bfq_activate_bfqq to signal
1129                  * that timestamps need to be back-shifted (and is
1130                  * cleared right after).
1131                  */
1132
1133                 /*
1134                  * In next assignment we rely on that either
1135                  * entity->service or entity->budget are not updated
1136                  * on expiration if bfqq is empty (see
1137                  * __bfq_bfqq_recalc_budget). Thus both quantities
1138                  * remain unchanged after such an expiration, and the
1139                  * following statement therefore assigns to
1140                  * entity->budget the remaining budget on such an
1141                  * expiration. For clarity, entity->service is not
1142                  * updated on expiration in any case, and, in normal
1143                  * operation, is reset only when bfqq is selected for
1144                  * service (see bfq_get_next_queue).
1145                  */
1146                 entity->budget = min_t(unsigned long,
1147                                        bfq_bfqq_budget_left(bfqq),
1148                                        bfqq->max_budget);
1149
1150                 return true;
1151         }
1152
1153         entity->budget = max_t(unsigned long, bfqq->max_budget,
1154                                bfq_serv_to_charge(bfqq->next_rq, bfqq));
1155         bfq_clear_bfqq_non_blocking_wait_rq(bfqq);
1156         return wr_or_deserves_wr;
1157 }
1158
1159 static unsigned int bfq_wr_duration(struct bfq_data *bfqd)
1160 {
1161         u64 dur;
1162
1163         if (bfqd->bfq_wr_max_time > 0)
1164                 return bfqd->bfq_wr_max_time;
1165
1166         dur = bfqd->RT_prod;
1167         do_div(dur, bfqd->peak_rate);
1168
1169         /*
1170          * Limit duration between 3 and 13 seconds. Tests show that
1171          * higher values than 13 seconds often yield the opposite of
1172          * the desired result, i.e., worsen responsiveness by letting
1173          * non-interactive and non-soft-real-time applications
1174          * preserve weight raising for a too long time interval.
1175          *
1176          * On the other end, lower values than 3 seconds make it
1177          * difficult for most interactive tasks to complete their jobs
1178          * before weight-raising finishes.
1179          */
1180         if (dur > msecs_to_jiffies(13000))
1181                 dur = msecs_to_jiffies(13000);
1182         else if (dur < msecs_to_jiffies(3000))
1183                 dur = msecs_to_jiffies(3000);
1184
1185         return dur;
1186 }
1187
1188 static void bfq_update_bfqq_wr_on_rq_arrival(struct bfq_data *bfqd,
1189                                              struct bfq_queue *bfqq,
1190                                              unsigned int old_wr_coeff,
1191                                              bool wr_or_deserves_wr,
1192                                              bool interactive,
1193                                              bool in_burst,
1194                                              bool soft_rt)
1195 {
1196         if (old_wr_coeff == 1 && wr_or_deserves_wr) {
1197                 /* start a weight-raising period */
1198                 if (interactive) {
1199                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
1200                         bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
1201                 } else {
1202                         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt = jiffies;
1203                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff *
1204                                 BFQ_SOFTRT_WEIGHT_FACTOR;
1205                         bfqq->wr_cur_max_time =
1206                                 bfqd->bfq_wr_rt_max_time;
1207                 }
1208
1209                 /*
1210                  * If needed, further reduce budget to make sure it is
1211                  * close to bfqq's backlog, so as to reduce the
1212                  * scheduling-error component due to a too large
1213                  * budget. Do not care about throughput consequences,
1214                  * but only about latency. Finally, do not assign a
1215                  * too small budget either, to avoid increasing
1216                  * latency by causing too frequent expirations.
1217                  */
1218                 bfqq->entity.budget = min_t(unsigned long,
1219                                             bfqq->entity.budget,
1220                                             2 * bfq_min_budget(bfqd));
1221         } else if (old_wr_coeff > 1) {
1222                 if (interactive) { /* update wr coeff and duration */
1223                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
1224                         bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
1225                 } else if (in_burst)
1226                         bfqq->wr_coeff = 1;
1227                 else if (soft_rt) {
1228                         /*
1229                          * The application is now or still meeting the
1230                          * requirements for being deemed soft rt.  We
1231                          * can then correctly and safely (re)charge
1232                          * the weight-raising duration for the
1233                          * application with the weight-raising
1234                          * duration for soft rt applications.
1235                          *
1236                          * In particular, doing this recharge now, i.e.,
1237                          * before the weight-raising period for the
1238                          * application finishes, reduces the probability
1239                          * of the following negative scenario:
1240                          * 1) the weight of a soft rt application is
1241                          *    raised at startup (as for any newly
1242                          *    created application),
1243                          * 2) since the application is not interactive,
1244                          *    at a certain time weight-raising is
1245                          *    stopped for the application,
1246                          * 3) at that time the application happens to
1247                          *    still have pending requests, and hence
1248                          *    is destined to not have a chance to be
1249                          *    deemed soft rt before these requests are
1250                          *    completed (see the comments to the
1251                          *    function bfq_bfqq_softrt_next_start()
1252                          *    for details on soft rt detection),
1253                          * 4) these pending requests experience a high
1254                          *    latency because the application is not
1255                          *    weight-raised while they are pending.
1256                          */
1257                         if (bfqq->wr_cur_max_time !=
1258                                 bfqd->bfq_wr_rt_max_time) {
1259                                 bfqq->wr_start_at_switch_to_srt =
1260                                         bfqq->last_wr_start_finish;
1261
1262                                 bfqq->wr_cur_max_time =
1263                                         bfqd->bfq_wr_rt_max_time;
1264                                 bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff *
1265                                         BFQ_SOFTRT_WEIGHT_FACTOR;
1266                         }
1267                         bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
1268                 }
1269         }
1270 }
1271
1272 static bool bfq_bfqq_idle_for_long_time(struct bfq_data *bfqd,
1273                                         struct bfq_queue *bfqq)
1274 {
1275         return bfqq->dispatched == 0 &&
1276                 time_is_before_jiffies(
1277                         bfqq->budget_timeout +
1278                         bfqd->bfq_wr_min_idle_time);
1279 }
1280
1281 static void bfq_bfqq_handle_idle_busy_switch(struct bfq_data *bfqd,
1282                                              struct bfq_queue *bfqq,
1283                                              int old_wr_coeff,
1284                                              struct request *rq,
1285                                              bool *interactive)
1286 {
1287         bool soft_rt, in_burst, wr_or_deserves_wr,
1288                 bfqq_wants_to_preempt,
1289                 idle_for_long_time = bfq_bfqq_idle_for_long_time(bfqd, bfqq),
1290                 /*
1291                  * See the comments on
1292                  * bfq_bfqq_update_budg_for_activation for
1293                  * details on the usage of the next variable.
1294                  */
1295                 arrived_in_time =  ktime_get_ns() <=
1296                         bfqq->ttime.last_end_request +
1297                         bfqd->bfq_slice_idle * 3;
1298
1299         bfqg_stats_update_io_add(bfqq_group(RQ_BFQQ(rq)), bfqq, rq->cmd_flags);
1300
1301         /*
1302          * bfqq deserves to be weight-raised if:
1303          * - it is sync,
1304          * - it does not belong to a large burst,
1305          * - it has been idle for enough time or is soft real-time,
1306          * - is linked to a bfq_io_cq (it is not shared in any sense).
1307          */
1308         in_burst = bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq);
1309         soft_rt = bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate > 0 &&
1310                 !in_burst &&
1311                 time_is_before_jiffies(bfqq->soft_rt_next_start);
1312         *interactive = !in_burst && idle_for_long_time;
1313         wr_or_deserves_wr = bfqd->low_latency &&
1314                 (bfqq->wr_coeff > 1 ||
1315                  (bfq_bfqq_sync(bfqq) &&
1316                   bfqq->bic && (*interactive || soft_rt)));
1317
1318         /*
1319          * Using the last flag, update budget and check whether bfqq
1320          * may want to preempt the in-service queue.
1321          */
1322         bfqq_wants_to_preempt =
1323                 bfq_bfqq_update_budg_for_activation(bfqd, bfqq,
1324                                                     arrived_in_time,
1325                                                     wr_or_deserves_wr);
1326
1327         /*
1328          * If bfqq happened to be activated in a burst, but has been
1329          * idle for much more than an interactive queue, then we
1330          * assume that, in the overall I/O initiated in the burst, the
1331          * I/O associated with bfqq is finished. So bfqq does not need
1332          * to be treated as a queue belonging to a burst
1333          * anymore. Accordingly, we reset bfqq's in_large_burst flag
1334          * if set, and remove bfqq from the burst list if it's
1335          * there. We do not decrement burst_size, because the fact
1336          * that bfqq does not need to belong to the burst list any
1337          * more does not invalidate the fact that bfqq was created in
1338          * a burst.
1339          */
1340         if (likely(!bfq_bfqq_just_created(bfqq)) &&
1341             idle_for_long_time &&
1342             time_is_before_jiffies(
1343                     bfqq->budget_timeout +
1344                     msecs_to_jiffies(10000))) {
1345                 hlist_del_init(&bfqq->burst_list_node);
1346                 bfq_clear_bfqq_in_large_burst(bfqq);
1347         }
1348
1349         bfq_clear_bfqq_just_created(bfqq);
1350
1351
1352         if (!bfq_bfqq_IO_bound(bfqq)) {
1353                 if (arrived_in_time) {
1354                         bfqq->requests_within_timer++;
1355                         if (bfqq->requests_within_timer >=
1356                             bfqd->bfq_requests_within_timer)
1357                                 bfq_mark_bfqq_IO_bound(bfqq);
1358                 } else
1359                         bfqq->requests_within_timer = 0;
1360         }
1361
1362         if (bfqd->low_latency) {
1363                 if (unlikely(time_is_after_jiffies(bfqq->split_time)))
1364                         /* wraparound */
1365                         bfqq->split_time =
1366                                 jiffies - bfqd->bfq_wr_min_idle_time - 1;
1367
1368                 if (time_is_before_jiffies(bfqq->split_time +
1369                                            bfqd->bfq_wr_min_idle_time)) {
1370                         bfq_update_bfqq_wr_on_rq_arrival(bfqd, bfqq,
1371                                                          old_wr_coeff,
1372                                                          wr_or_deserves_wr,
1373                                                          *interactive,
1374                                                          in_burst,
1375                                                          soft_rt);
1376
1377                         if (old_wr_coeff != bfqq->wr_coeff)
1378                                 bfqq->entity.prio_changed = 1;
1379                 }
1380         }
1381
1382         bfqq->last_idle_bklogged = jiffies;
1383         bfqq->service_from_backlogged = 0;
1384         bfq_clear_bfqq_softrt_update(bfqq);
1385
1386         bfq_add_bfqq_busy(bfqd, bfqq);
1387
1388         /*
1389          * Expire in-service queue only if preemption may be needed
1390          * for guarantees. In this respect, the function
1391          * next_queue_may_preempt just checks a simple, necessary
1392          * condition, and not a sufficient condition based on
1393          * timestamps. In fact, for the latter condition to be
1394          * evaluated, timestamps would need first to be updated, and
1395          * this operation is quite costly (see the comments on the
1396          * function bfq_bfqq_update_budg_for_activation).
1397          */
1398         if (bfqd->in_service_queue && bfqq_wants_to_preempt &&
1399             bfqd->in_service_queue->wr_coeff < bfqq->wr_coeff &&
1400             next_queue_may_preempt(bfqd))
1401                 bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqd->in_service_queue,
1402                                 false, BFQQE_PREEMPTED);
1403 }
1404
1405 static void bfq_add_request(struct request *rq)
1406 {
1407         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
1408         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
1409         struct request *next_rq, *prev;
1410         unsigned int old_wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
1411         bool interactive = false;
1412
1413         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "add_request %d", rq_is_sync(rq));
1414         bfqq->queued[rq_is_sync(rq)]++;
1415         bfqd->queued++;
1416
1417         elv_rb_add(&bfqq->sort_list, rq);
1418
1419         /*
1420          * Check if this request is a better next-serve candidate.
1421          */
1422         prev = bfqq->next_rq;
1423         next_rq = bfq_choose_req(bfqd, bfqq->next_rq, rq, bfqd->last_position);
1424         bfqq->next_rq = next_rq;
1425
1426         /*
1427          * Adjust priority tree position, if next_rq changes.
1428          */
1429         if (prev != bfqq->next_rq)
1430                 bfq_pos_tree_add_move(bfqd, bfqq);
1431
1432         if (!bfq_bfqq_busy(bfqq)) /* switching to busy ... */
1433                 bfq_bfqq_handle_idle_busy_switch(bfqd, bfqq, old_wr_coeff,
1434                                                  rq, &interactive);
1435         else {
1436                 if (bfqd->low_latency && old_wr_coeff == 1 && !rq_is_sync(rq) &&
1437                     time_is_before_jiffies(
1438                                 bfqq->last_wr_start_finish +
1439                                 bfqd->bfq_wr_min_inter_arr_async)) {
1440                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
1441                         bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
1442
1443                         bfqd->wr_busy_queues++;
1444                         bfqq->entity.prio_changed = 1;
1445                 }
1446                 if (prev != bfqq->next_rq)
1447                         bfq_updated_next_req(bfqd, bfqq);
1448         }
1449
1450         /*
1451          * Assign jiffies to last_wr_start_finish in the following
1452          * cases:
1453          *
1454          * . if bfqq is not going to be weight-raised, because, for
1455          *   non weight-raised queues, last_wr_start_finish stores the
1456          *   arrival time of the last request; as of now, this piece
1457          *   of information is used only for deciding whether to
1458          *   weight-raise async queues
1459          *
1460          * . if bfqq is not weight-raised, because, if bfqq is now
1461          *   switching to weight-raised, then last_wr_start_finish
1462          *   stores the time when weight-raising starts
1463          *
1464          * . if bfqq is interactive, because, regardless of whether
1465          *   bfqq is currently weight-raised, the weight-raising
1466          *   period must start or restart (this case is considered
1467          *   separately because it is not detected by the above
1468          *   conditions, if bfqq is already weight-raised)
1469          *
1470          * last_wr_start_finish has to be updated also if bfqq is soft
1471          * real-time, because the weight-raising period is constantly
1472          * restarted on idle-to-busy transitions for these queues, but
1473          * this is already done in bfq_bfqq_handle_idle_busy_switch if
1474          * needed.
1475          */
1476         if (bfqd->low_latency &&
1477                 (old_wr_coeff == 1 || bfqq->wr_coeff == 1 || interactive))
1478                 bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
1479 }
1480
1481 static struct request *bfq_find_rq_fmerge(struct bfq_data *bfqd,
1482                                           struct bio *bio,
1483                                           struct request_queue *q)
1484 {
1485         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->bio_bfqq;
1486
1487
1488         if (bfqq)
1489                 return elv_rb_find(&bfqq->sort_list, bio_end_sector(bio));
1490
1491         return NULL;
1492 }
1493
1494 static sector_t get_sdist(sector_t last_pos, struct request *rq)
1495 {
1496         if (last_pos)
1497                 return abs(blk_rq_pos(rq) - last_pos);
1498
1499         return 0;
1500 }
1501
1502 #if 0 /* Still not clear if we can do without next two functions */
1503 static void bfq_activate_request(struct request_queue *q, struct request *rq)
1504 {
1505         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
1506
1507         bfqd->rq_in_driver++;
1508 }
1509
1510 static void bfq_deactivate_request(struct request_queue *q, struct request *rq)
1511 {
1512         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
1513
1514         bfqd->rq_in_driver--;
1515 }
1516 #endif
1517
1518 static void bfq_remove_request(struct request_queue *q,
1519                                struct request *rq)
1520 {
1521         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
1522         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
1523         const int sync = rq_is_sync(rq);
1524
1525         if (bfqq->next_rq == rq) {
1526                 bfqq->next_rq = bfq_find_next_rq(bfqd, bfqq, rq);
1527                 bfq_updated_next_req(bfqd, bfqq);
1528         }
1529
1530         if (rq->queuelist.prev != &rq->queuelist)
1531                 list_del_init(&rq->queuelist);
1532         bfqq->queued[sync]--;
1533         bfqd->queued--;
1534         elv_rb_del(&bfqq->sort_list, rq);
1535
1536         elv_rqhash_del(q, rq);
1537         if (q->last_merge == rq)
1538                 q->last_merge = NULL;
1539
1540         if (RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list)) {
1541                 bfqq->next_rq = NULL;
1542
1543                 if (bfq_bfqq_busy(bfqq) && bfqq != bfqd->in_service_queue) {
1544                         bfq_del_bfqq_busy(bfqd, bfqq, false);
1545                         /*
1546                          * bfqq emptied. In normal operation, when
1547                          * bfqq is empty, bfqq->entity.service and
1548                          * bfqq->entity.budget must contain,
1549                          * respectively, the service received and the
1550                          * budget used last time bfqq emptied. These
1551                          * facts do not hold in this case, as at least
1552                          * this last removal occurred while bfqq is
1553                          * not in service. To avoid inconsistencies,
1554                          * reset both bfqq->entity.service and
1555                          * bfqq->entity.budget, if bfqq has still a
1556                          * process that may issue I/O requests to it.
1557                          */
1558                         bfqq->entity.budget = bfqq->entity.service = 0;
1559                 }
1560
1561                 /*
1562                  * Remove queue from request-position tree as it is empty.
1563                  */
1564                 if (bfqq->pos_root) {
1565                         rb_erase(&bfqq->pos_node, bfqq->pos_root);
1566                         bfqq->pos_root = NULL;
1567                 }
1568         }
1569
1570         if (rq->cmd_flags & REQ_META)
1571                 bfqq->meta_pending--;
1572
1573         bfqg_stats_update_io_remove(bfqq_group(bfqq), rq->cmd_flags);
1574 }
1575
1576 static bool bfq_bio_merge(struct blk_mq_hw_ctx *hctx, struct bio *bio)
1577 {
1578         struct request_queue *q = hctx->queue;
1579         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
1580         struct request *free = NULL;
1581         /*
1582          * bfq_bic_lookup grabs the queue_lock: invoke it now and
1583          * store its return value for later use, to avoid nesting
1584          * queue_lock inside the bfqd->lock. We assume that the bic
1585          * returned by bfq_bic_lookup does not go away before
1586          * bfqd->lock is taken.
1587          */
1588         struct bfq_io_cq *bic = bfq_bic_lookup(bfqd, current->io_context, q);
1589         bool ret;
1590
1591         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
1592
1593         if (bic)
1594                 bfqd->bio_bfqq = bic_to_bfqq(bic, op_is_sync(bio->bi_opf));
1595         else
1596                 bfqd->bio_bfqq = NULL;
1597         bfqd->bio_bic = bic;
1598
1599         ret = blk_mq_sched_try_merge(q, bio, &free);
1600
1601         if (free)
1602                 blk_mq_free_request(free);
1603         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
1604
1605         return ret;
1606 }
1607
1608 static int bfq_request_merge(struct request_queue *q, struct request **req,
1609                              struct bio *bio)
1610 {
1611         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
1612         struct request *__rq;
1613
1614         __rq = bfq_find_rq_fmerge(bfqd, bio, q);
1615         if (__rq && elv_bio_merge_ok(__rq, bio)) {
1616                 *req = __rq;
1617                 return ELEVATOR_FRONT_MERGE;
1618         }
1619
1620         return ELEVATOR_NO_MERGE;
1621 }
1622
1623 static void bfq_request_merged(struct request_queue *q, struct request *req,
1624                                enum elv_merge type)
1625 {
1626         if (type == ELEVATOR_FRONT_MERGE &&
1627             rb_prev(&req->rb_node) &&
1628             blk_rq_pos(req) <
1629             blk_rq_pos(container_of(rb_prev(&req->rb_node),
1630                                     struct request, rb_node))) {
1631                 struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(req);
1632                 struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
1633                 struct request *prev, *next_rq;
1634
1635                 /* Reposition request in its sort_list */
1636                 elv_rb_del(&bfqq->sort_list, req);
1637                 elv_rb_add(&bfqq->sort_list, req);
1638
1639                 /* Choose next request to be served for bfqq */
1640                 prev = bfqq->next_rq;
1641                 next_rq = bfq_choose_req(bfqd, bfqq->next_rq, req,
1642                                          bfqd->last_position);
1643                 bfqq->next_rq = next_rq;
1644                 /*
1645                  * If next_rq changes, update both the queue's budget to
1646                  * fit the new request and the queue's position in its
1647                  * rq_pos_tree.
1648                  */
1649                 if (prev != bfqq->next_rq) {
1650                         bfq_updated_next_req(bfqd, bfqq);
1651                         bfq_pos_tree_add_move(bfqd, bfqq);
1652                 }
1653         }
1654 }
1655
1656 static void bfq_requests_merged(struct request_queue *q, struct request *rq,
1657                                 struct request *next)
1658 {
1659         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq), *next_bfqq = RQ_BFQQ(next);
1660
1661         if (!RB_EMPTY_NODE(&rq->rb_node))
1662                 goto end;
1663         spin_lock_irq(&bfqq->bfqd->lock);
1664
1665         /*
1666          * If next and rq belong to the same bfq_queue and next is older
1667          * than rq, then reposition rq in the fifo (by substituting next
1668          * with rq). Otherwise, if next and rq belong to different
1669          * bfq_queues, never reposition rq: in fact, we would have to
1670          * reposition it with respect to next's position in its own fifo,
1671          * which would most certainly be too expensive with respect to
1672          * the benefits.
1673          */
1674         if (bfqq == next_bfqq &&
1675             !list_empty(&rq->queuelist) && !list_empty(&next->queuelist) &&
1676             next->fifo_time < rq->fifo_time) {
1677                 list_del_init(&rq->queuelist);
1678                 list_replace_init(&next->queuelist, &rq->queuelist);
1679                 rq->fifo_time = next->fifo_time;
1680         }
1681
1682         if (bfqq->next_rq == next)
1683                 bfqq->next_rq = rq;
1684
1685         bfq_remove_request(q, next);
1686
1687         spin_unlock_irq(&bfqq->bfqd->lock);
1688 end:
1689         bfqg_stats_update_io_merged(bfqq_group(bfqq), next->cmd_flags);
1690 }
1691
1692 /* Must be called with bfqq != NULL */
1693 static void bfq_bfqq_end_wr(struct bfq_queue *bfqq)
1694 {
1695         if (bfq_bfqq_busy(bfqq))
1696                 bfqq->bfqd->wr_busy_queues--;
1697         bfqq->wr_coeff = 1;
1698         bfqq->wr_cur_max_time = 0;
1699         bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
1700         /*
1701          * Trigger a weight change on the next invocation of
1702          * __bfq_entity_update_weight_prio.
1703          */
1704         bfqq->entity.prio_changed = 1;
1705 }
1706
1707 void bfq_end_wr_async_queues(struct bfq_data *bfqd,
1708                              struct bfq_group *bfqg)
1709 {
1710         int i, j;
1711
1712         for (i = 0; i < 2; i++)
1713                 for (j = 0; j < IOPRIO_BE_NR; j++)
1714                         if (bfqg->async_bfqq[i][j])
1715                                 bfq_bfqq_end_wr(bfqg->async_bfqq[i][j]);
1716         if (bfqg->async_idle_bfqq)
1717                 bfq_bfqq_end_wr(bfqg->async_idle_bfqq);
1718 }
1719
1720 static void bfq_end_wr(struct bfq_data *bfqd)
1721 {
1722         struct bfq_queue *bfqq;
1723
1724         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
1725
1726         list_for_each_entry(bfqq, &bfqd->active_list, bfqq_list)
1727                 bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
1728         list_for_each_entry(bfqq, &bfqd->idle_list, bfqq_list)
1729                 bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
1730         bfq_end_wr_async(bfqd);
1731
1732         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
1733 }
1734
1735 static sector_t bfq_io_struct_pos(void *io_struct, bool request)
1736 {
1737         if (request)
1738                 return blk_rq_pos(io_struct);
1739         else
1740                 return ((struct bio *)io_struct)->bi_iter.bi_sector;
1741 }
1742
1743 static int bfq_rq_close_to_sector(void *io_struct, bool request,
1744                                   sector_t sector)
1745 {
1746         return abs(bfq_io_struct_pos(io_struct, request) - sector) <=
1747                BFQQ_CLOSE_THR;
1748 }
1749
1750 static struct bfq_queue *bfqq_find_close(struct bfq_data *bfqd,
1751                                          struct bfq_queue *bfqq,
1752                                          sector_t sector)
1753 {
1754         struct rb_root *root = &bfq_bfqq_to_bfqg(bfqq)->rq_pos_tree;
1755         struct rb_node *parent, *node;
1756         struct bfq_queue *__bfqq;
1757
1758         if (RB_EMPTY_ROOT(root))
1759                 return NULL;
1760
1761         /*
1762          * First, if we find a request starting at the end of the last
1763          * request, choose it.
1764          */
1765         __bfqq = bfq_rq_pos_tree_lookup(bfqd, root, sector, &parent, NULL);
1766         if (__bfqq)
1767                 return __bfqq;
1768
1769         /*
1770          * If the exact sector wasn't found, the parent of the NULL leaf
1771          * will contain the closest sector (rq_pos_tree sorted by
1772          * next_request position).
1773          */
1774         __bfqq = rb_entry(parent, struct bfq_queue, pos_node);
1775         if (bfq_rq_close_to_sector(__bfqq->next_rq, true, sector))
1776                 return __bfqq;
1777
1778         if (blk_rq_pos(__bfqq->next_rq) < sector)
1779                 node = rb_next(&__bfqq->pos_node);
1780         else
1781                 node = rb_prev(&__bfqq->pos_node);
1782         if (!node)
1783                 return NULL;
1784
1785         __bfqq = rb_entry(node, struct bfq_queue, pos_node);
1786         if (bfq_rq_close_to_sector(__bfqq->next_rq, true, sector))
1787                 return __bfqq;
1788
1789         return NULL;
1790 }
1791
1792 static struct bfq_queue *bfq_find_close_cooperator(struct bfq_data *bfqd,
1793                                                    struct bfq_queue *cur_bfqq,
1794                                                    sector_t sector)
1795 {
1796         struct bfq_queue *bfqq;
1797
1798         /*
1799          * We shall notice if some of the queues are cooperating,
1800          * e.g., working closely on the same area of the device. In
1801          * that case, we can group them together and: 1) don't waste
1802          * time idling, and 2) serve the union of their requests in
1803          * the best possible order for throughput.
1804          */
1805         bfqq = bfqq_find_close(bfqd, cur_bfqq, sector);
1806         if (!bfqq || bfqq == cur_bfqq)
1807                 return NULL;
1808
1809         return bfqq;
1810 }
1811
1812 static struct bfq_queue *
1813 bfq_setup_merge(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_queue *new_bfqq)
1814 {
1815         int process_refs, new_process_refs;
1816         struct bfq_queue *__bfqq;
1817
1818         /*
1819          * If there are no process references on the new_bfqq, then it is
1820          * unsafe to follow the ->new_bfqq chain as other bfqq's in the chain
1821          * may have dropped their last reference (not just their last process
1822          * reference).
1823          */
1824         if (!bfqq_process_refs(new_bfqq))
1825                 return NULL;
1826
1827         /* Avoid a circular list and skip interim queue merges. */
1828         while ((__bfqq = new_bfqq->new_bfqq)) {
1829                 if (__bfqq == bfqq)
1830                         return NULL;
1831                 new_bfqq = __bfqq;
1832         }
1833
1834         process_refs = bfqq_process_refs(bfqq);
1835         new_process_refs = bfqq_process_refs(new_bfqq);
1836         /*
1837          * If the process for the bfqq has gone away, there is no
1838          * sense in merging the queues.
1839          */
1840         if (process_refs == 0 || new_process_refs == 0)
1841                 return NULL;
1842
1843         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "scheduling merge with queue %d",
1844                 new_bfqq->pid);
1845
1846         /*
1847          * Merging is just a redirection: the requests of the process
1848          * owning one of the two queues are redirected to the other queue.
1849          * The latter queue, in its turn, is set as shared if this is the
1850          * first time that the requests of some process are redirected to
1851          * it.
1852          *
1853          * We redirect bfqq to new_bfqq and not the opposite, because
1854          * we are in the context of the process owning bfqq, thus we
1855          * have the io_cq of this process. So we can immediately
1856          * configure this io_cq to redirect the requests of the
1857          * process to new_bfqq. In contrast, the io_cq of new_bfqq is
1858          * not available any more (new_bfqq->bic == NULL).
1859          *
1860          * Anyway, even in case new_bfqq coincides with the in-service
1861          * queue, redirecting requests the in-service queue is the
1862          * best option, as we feed the in-service queue with new
1863          * requests close to the last request served and, by doing so,
1864          * are likely to increase the throughput.
1865          */
1866         bfqq->new_bfqq = new_bfqq;
1867         new_bfqq->ref += process_refs;
1868         return new_bfqq;
1869 }
1870
1871 static bool bfq_may_be_close_cooperator(struct bfq_queue *bfqq,
1872                                         struct bfq_queue *new_bfqq)
1873 {
1874         if (bfq_class_idle(bfqq) || bfq_class_idle(new_bfqq) ||
1875             (bfqq->ioprio_class != new_bfqq->ioprio_class))
1876                 return false;
1877
1878         /*
1879          * If either of the queues has already been detected as seeky,
1880          * then merging it with the other queue is unlikely to lead to
1881          * sequential I/O.
1882          */
1883         if (BFQQ_SEEKY(bfqq) || BFQQ_SEEKY(new_bfqq))
1884                 return false;
1885
1886         /*
1887          * Interleaved I/O is known to be done by (some) applications
1888          * only for reads, so it does not make sense to merge async
1889          * queues.
1890          */
1891         if (!bfq_bfqq_sync(bfqq) || !bfq_bfqq_sync(new_bfqq))
1892                 return false;
1893
1894         return true;
1895 }
1896
1897 /*
1898  * If this function returns true, then bfqq cannot be merged. The idea
1899  * is that true cooperation happens very early after processes start
1900  * to do I/O. Usually, late cooperations are just accidental false
1901  * positives. In case bfqq is weight-raised, such false positives
1902  * would evidently degrade latency guarantees for bfqq.
1903  */
1904 static bool wr_from_too_long(struct bfq_queue *bfqq)
1905 {
1906         return bfqq->wr_coeff > 1 &&
1907                 time_is_before_jiffies(bfqq->last_wr_start_finish +
1908                                        msecs_to_jiffies(100));
1909 }
1910
1911 /*
1912  * Attempt to schedule a merge of bfqq with the currently in-service
1913  * queue or with a close queue among the scheduled queues.  Return
1914  * NULL if no merge was scheduled, a pointer to the shared bfq_queue
1915  * structure otherwise.
1916  *
1917  * The OOM queue is not allowed to participate to cooperation: in fact, since
1918  * the requests temporarily redirected to the OOM queue could be redirected
1919  * again to dedicated queues at any time, the state needed to correctly
1920  * handle merging with the OOM queue would be quite complex and expensive
1921  * to maintain. Besides, in such a critical condition as an out of memory,
1922  * the benefits of queue merging may be little relevant, or even negligible.
1923  *
1924  * Weight-raised queues can be merged only if their weight-raising
1925  * period has just started. In fact cooperating processes are usually
1926  * started together. Thus, with this filter we avoid false positives
1927  * that would jeopardize low-latency guarantees.
1928  *
1929  * WARNING: queue merging may impair fairness among non-weight raised
1930  * queues, for at least two reasons: 1) the original weight of a
1931  * merged queue may change during the merged state, 2) even being the
1932  * weight the same, a merged queue may be bloated with many more
1933  * requests than the ones produced by its originally-associated
1934  * process.
1935  */
1936 static struct bfq_queue *
1937 bfq_setup_cooperator(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
1938                      void *io_struct, bool request)
1939 {
1940         struct bfq_queue *in_service_bfqq, *new_bfqq;
1941
1942         if (bfqq->new_bfqq)
1943                 return bfqq->new_bfqq;
1944
1945         if (!io_struct ||
1946             wr_from_too_long(bfqq) ||
1947             unlikely(bfqq == &bfqd->oom_bfqq))
1948                 return NULL;
1949
1950         /* If there is only one backlogged queue, don't search. */
1951         if (bfqd->busy_queues == 1)
1952                 return NULL;
1953
1954         in_service_bfqq = bfqd->in_service_queue;
1955
1956         if (!in_service_bfqq || in_service_bfqq == bfqq
1957             || wr_from_too_long(in_service_bfqq) ||
1958             unlikely(in_service_bfqq == &bfqd->oom_bfqq))
1959                 goto check_scheduled;
1960
1961         if (bfq_rq_close_to_sector(io_struct, request, bfqd->last_position) &&
1962             bfqq->entity.parent == in_service_bfqq->entity.parent &&
1963             bfq_may_be_close_cooperator(bfqq, in_service_bfqq)) {
1964                 new_bfqq = bfq_setup_merge(bfqq, in_service_bfqq);
1965                 if (new_bfqq)
1966                         return new_bfqq;
1967         }
1968         /*
1969          * Check whether there is a cooperator among currently scheduled
1970          * queues. The only thing we need is that the bio/request is not
1971          * NULL, as we need it to establish whether a cooperator exists.
1972          */
1973 check_scheduled:
1974         new_bfqq = bfq_find_close_cooperator(bfqd, bfqq,
1975                         bfq_io_struct_pos(io_struct, request));
1976
1977         if (new_bfqq && !wr_from_too_long(new_bfqq) &&
1978             likely(new_bfqq != &bfqd->oom_bfqq) &&
1979             bfq_may_be_close_cooperator(bfqq, new_bfqq))
1980                 return bfq_setup_merge(bfqq, new_bfqq);
1981
1982         return NULL;
1983 }
1984
1985 static void bfq_bfqq_save_state(struct bfq_queue *bfqq)
1986 {
1987         struct bfq_io_cq *bic = bfqq->bic;
1988
1989         /*
1990          * If !bfqq->bic, the queue is already shared or its requests
1991          * have already been redirected to a shared queue; both idle window
1992          * and weight raising state have already been saved. Do nothing.
1993          */
1994         if (!bic)
1995                 return;
1996
1997         bic->saved_ttime = bfqq->ttime;
1998         bic->saved_idle_window = bfq_bfqq_idle_window(bfqq);
1999         bic->saved_IO_bound = bfq_bfqq_IO_bound(bfqq);
2000         bic->saved_in_large_burst = bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq);
2001         bic->was_in_burst_list = !hlist_unhashed(&bfqq->burst_list_node);
2002         bic->saved_wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
2003         bic->saved_wr_start_at_switch_to_srt = bfqq->wr_start_at_switch_to_srt;
2004         bic->saved_last_wr_start_finish = bfqq->last_wr_start_finish;
2005         bic->saved_wr_cur_max_time = bfqq->wr_cur_max_time;
2006 }
2007
2008 static void
2009 bfq_merge_bfqqs(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_io_cq *bic,
2010                 struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_queue *new_bfqq)
2011 {
2012         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "merging with queue %lu",
2013                 (unsigned long)new_bfqq->pid);
2014         /* Save weight raising and idle window of the merged queues */
2015         bfq_bfqq_save_state(bfqq);
2016         bfq_bfqq_save_state(new_bfqq);
2017         if (bfq_bfqq_IO_bound(bfqq))
2018                 bfq_mark_bfqq_IO_bound(new_bfqq);
2019         bfq_clear_bfqq_IO_bound(bfqq);
2020
2021         /*
2022          * If bfqq is weight-raised, then let new_bfqq inherit
2023          * weight-raising. To reduce false positives, neglect the case
2024          * where bfqq has just been created, but has not yet made it
2025          * to be weight-raised (which may happen because EQM may merge
2026          * bfqq even before bfq_add_request is executed for the first
2027          * time for bfqq). Handling this case would however be very
2028          * easy, thanks to the flag just_created.
2029          */
2030         if (new_bfqq->wr_coeff == 1 && bfqq->wr_coeff > 1) {
2031                 new_bfqq->wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
2032                 new_bfqq->wr_cur_max_time = bfqq->wr_cur_max_time;
2033                 new_bfqq->last_wr_start_finish = bfqq->last_wr_start_finish;
2034                 new_bfqq->wr_start_at_switch_to_srt =
2035                         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt;
2036                 if (bfq_bfqq_busy(new_bfqq))
2037                         bfqd->wr_busy_queues++;
2038                 new_bfqq->entity.prio_changed = 1;
2039         }
2040
2041         if (bfqq->wr_coeff > 1) { /* bfqq has given its wr to new_bfqq */
2042                 bfqq->wr_coeff = 1;
2043                 bfqq->entity.prio_changed = 1;
2044                 if (bfq_bfqq_busy(bfqq))
2045                         bfqd->wr_busy_queues--;
2046         }
2047
2048         bfq_log_bfqq(bfqd, new_bfqq, "merge_bfqqs: wr_busy %d",
2049                      bfqd->wr_busy_queues);
2050
2051         /*
2052          * Merge queues (that is, let bic redirect its requests to new_bfqq)
2053          */
2054         bic_set_bfqq(bic, new_bfqq, 1);
2055         bfq_mark_bfqq_coop(new_bfqq);
2056         /*
2057          * new_bfqq now belongs to at least two bics (it is a shared queue):
2058          * set new_bfqq->bic to NULL. bfqq either:
2059          * - does not belong to any bic any more, and hence bfqq->bic must
2060          *   be set to NULL, or
2061          * - is a queue whose owning bics have already been redirected to a
2062          *   different queue, hence the queue is destined to not belong to
2063          *   any bic soon and bfqq->bic is already NULL (therefore the next
2064          *   assignment causes no harm).
2065          */
2066         new_bfqq->bic = NULL;
2067         bfqq->bic = NULL;
2068         /* release process reference to bfqq */
2069         bfq_put_queue(bfqq);
2070 }
2071
2072 static bool bfq_allow_bio_merge(struct request_queue *q, struct request *rq,
2073                                 struct bio *bio)
2074 {
2075         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
2076         bool is_sync = op_is_sync(bio->bi_opf);
2077         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->bio_bfqq, *new_bfqq;
2078
2079         /*
2080          * Disallow merge of a sync bio into an async request.
2081          */
2082         if (is_sync && !rq_is_sync(rq))
2083                 return false;
2084
2085         /*
2086          * Lookup the bfqq that this bio will be queued with. Allow
2087          * merge only if rq is queued there.
2088          */
2089         if (!bfqq)
2090                 return false;
2091
2092         /*
2093          * We take advantage of this function to perform an early merge
2094          * of the queues of possible cooperating processes.
2095          */
2096         new_bfqq = bfq_setup_cooperator(bfqd, bfqq, bio, false);
2097         if (new_bfqq) {
2098                 /*
2099                  * bic still points to bfqq, then it has not yet been
2100                  * redirected to some other bfq_queue, and a queue
2101                  * merge beween bfqq and new_bfqq can be safely
2102                  * fulfillled, i.e., bic can be redirected to new_bfqq
2103                  * and bfqq can be put.
2104                  */
2105                 bfq_merge_bfqqs(bfqd, bfqd->bio_bic, bfqq,
2106                                 new_bfqq);
2107                 /*
2108                  * If we get here, bio will be queued into new_queue,
2109                  * so use new_bfqq to decide whether bio and rq can be
2110                  * merged.
2111                  */
2112                 bfqq = new_bfqq;
2113
2114                 /*
2115                  * Change also bqfd->bio_bfqq, as
2116                  * bfqd->bio_bic now points to new_bfqq, and
2117                  * this function may be invoked again (and then may
2118                  * use again bqfd->bio_bfqq).
2119                  */
2120                 bfqd->bio_bfqq = bfqq;
2121         }
2122
2123         return bfqq == RQ_BFQQ(rq);
2124 }
2125
2126 /*
2127  * Set the maximum time for the in-service queue to consume its
2128  * budget. This prevents seeky processes from lowering the throughput.
2129  * In practice, a time-slice service scheme is used with seeky
2130  * processes.
2131  */
2132 static void bfq_set_budget_timeout(struct bfq_data *bfqd,
2133                                    struct bfq_queue *bfqq)
2134 {
2135         unsigned int timeout_coeff;
2136
2137         if (bfqq->wr_cur_max_time == bfqd->bfq_wr_rt_max_time)
2138                 timeout_coeff = 1;
2139         else
2140                 timeout_coeff = bfqq->entity.weight / bfqq->entity.orig_weight;
2141
2142         bfqd->last_budget_start = ktime_get();
2143
2144         bfqq->budget_timeout = jiffies +
2145                 bfqd->bfq_timeout * timeout_coeff;
2146 }
2147
2148 static void __bfq_set_in_service_queue(struct bfq_data *bfqd,
2149                                        struct bfq_queue *bfqq)
2150 {
2151         if (bfqq) {
2152                 bfqg_stats_update_avg_queue_size(bfqq_group(bfqq));
2153                 bfq_clear_bfqq_fifo_expire(bfqq);
2154
2155                 bfqd->budgets_assigned = (bfqd->budgets_assigned * 7 + 256) / 8;
2156
2157                 if (time_is_before_jiffies(bfqq->last_wr_start_finish) &&
2158                     bfqq->wr_coeff > 1 &&
2159                     bfqq->wr_cur_max_time == bfqd->bfq_wr_rt_max_time &&
2160                     time_is_before_jiffies(bfqq->budget_timeout)) {
2161                         /*
2162                          * For soft real-time queues, move the start
2163                          * of the weight-raising period forward by the
2164                          * time the queue has not received any
2165                          * service. Otherwise, a relatively long
2166                          * service delay is likely to cause the
2167                          * weight-raising period of the queue to end,
2168                          * because of the short duration of the
2169                          * weight-raising period of a soft real-time
2170                          * queue.  It is worth noting that this move
2171                          * is not so dangerous for the other queues,
2172                          * because soft real-time queues are not
2173                          * greedy.
2174                          *
2175                          * To not add a further variable, we use the
2176                          * overloaded field budget_timeout to
2177                          * determine for how long the queue has not
2178                          * received service, i.e., how much time has
2179                          * elapsed since the queue expired. However,
2180                          * this is a little imprecise, because
2181                          * budget_timeout is set to jiffies if bfqq
2182                          * not only expires, but also remains with no
2183                          * request.
2184                          */
2185                         if (time_after(bfqq->budget_timeout,
2186                                        bfqq->last_wr_start_finish))
2187                                 bfqq->last_wr_start_finish +=
2188                                         jiffies - bfqq->budget_timeout;
2189                         else
2190                                 bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
2191                 }
2192
2193                 bfq_set_budget_timeout(bfqd, bfqq);
2194                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq,
2195                              "set_in_service_queue, cur-budget = %d",
2196                              bfqq->entity.budget);
2197         }
2198
2199         bfqd->in_service_queue = bfqq;
2200 }
2201
2202 /*
2203  * Get and set a new queue for service.
2204  */
2205 static struct bfq_queue *bfq_set_in_service_queue(struct bfq_data *bfqd)
2206 {
2207         struct bfq_queue *bfqq = bfq_get_next_queue(bfqd);
2208
2209         __bfq_set_in_service_queue(bfqd, bfqq);
2210         return bfqq;
2211 }
2212
2213 static void bfq_arm_slice_timer(struct bfq_data *bfqd)
2214 {
2215         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->in_service_queue;
2216         u32 sl;
2217
2218         bfq_mark_bfqq_wait_request(bfqq);
2219
2220         /*
2221          * We don't want to idle for seeks, but we do want to allow
2222          * fair distribution of slice time for a process doing back-to-back
2223          * seeks. So allow a little bit of time for him to submit a new rq.
2224          */
2225         sl = bfqd->bfq_slice_idle;
2226         /*
2227          * Unless the queue is being weight-raised or the scenario is
2228          * asymmetric, grant only minimum idle time if the queue
2229          * is seeky. A long idling is preserved for a weight-raised
2230          * queue, or, more in general, in an asymmetric scenario,
2231          * because a long idling is needed for guaranteeing to a queue
2232          * its reserved share of the throughput (in particular, it is
2233          * needed if the queue has a higher weight than some other
2234          * queue).
2235          */
2236         if (BFQQ_SEEKY(bfqq) && bfqq->wr_coeff == 1 &&
2237             bfq_symmetric_scenario(bfqd))
2238                 sl = min_t(u64, sl, BFQ_MIN_TT);
2239
2240         bfqd->last_idling_start = ktime_get();
2241         hrtimer_start(&bfqd->idle_slice_timer, ns_to_ktime(sl),
2242                       HRTIMER_MODE_REL);
2243         bfqg_stats_set_start_idle_time(bfqq_group(bfqq));
2244 }
2245
2246 /*
2247  * In autotuning mode, max_budget is dynamically recomputed as the
2248  * amount of sectors transferred in timeout at the estimated peak
2249  * rate. This enables BFQ to utilize a full timeslice with a full
2250  * budget, even if the in-service queue is served at peak rate. And
2251  * this maximises throughput with sequential workloads.
2252  */
2253 static unsigned long bfq_calc_max_budget(struct bfq_data *bfqd)
2254 {
2255         return (u64)bfqd->peak_rate * USEC_PER_MSEC *
2256                 jiffies_to_msecs(bfqd->bfq_timeout)>>BFQ_RATE_SHIFT;
2257 }
2258
2259 /*
2260  * Update parameters related to throughput and responsiveness, as a
2261  * function of the estimated peak rate. See comments on
2262  * bfq_calc_max_budget(), and on T_slow and T_fast arrays.
2263  */
2264 static void update_thr_responsiveness_params(struct bfq_data *bfqd)
2265 {
2266         int dev_type = blk_queue_nonrot(bfqd->queue);
2267
2268         if (bfqd->bfq_user_max_budget == 0)
2269                 bfqd->bfq_max_budget =
2270                         bfq_calc_max_budget(bfqd);
2271
2272         if (bfqd->device_speed == BFQ_BFQD_FAST &&
2273             bfqd->peak_rate < device_speed_thresh[dev_type]) {
2274                 bfqd->device_speed = BFQ_BFQD_SLOW;
2275                 bfqd->RT_prod = R_slow[dev_type] *
2276                         T_slow[dev_type];
2277         } else if (bfqd->device_speed == BFQ_BFQD_SLOW &&
2278                    bfqd->peak_rate > device_speed_thresh[dev_type]) {
2279                 bfqd->device_speed = BFQ_BFQD_FAST;
2280                 bfqd->RT_prod = R_fast[dev_type] *
2281                         T_fast[dev_type];
2282         }
2283
2284         bfq_log(bfqd,
2285 "dev_type %s dev_speed_class = %s (%llu sects/sec), thresh %llu setcs/sec",
2286                 dev_type == 0 ? "ROT" : "NONROT",
2287                 bfqd->device_speed == BFQ_BFQD_FAST ? "FAST" : "SLOW",
2288                 bfqd->device_speed == BFQ_BFQD_FAST ?
2289                 (USEC_PER_SEC*(u64)R_fast[dev_type])>>BFQ_RATE_SHIFT :
2290                 (USEC_PER_SEC*(u64)R_slow[dev_type])>>BFQ_RATE_SHIFT,
2291                 (USEC_PER_SEC*(u64)device_speed_thresh[dev_type])>>
2292                 BFQ_RATE_SHIFT);
2293 }
2294
2295 static void bfq_reset_rate_computation(struct bfq_data *bfqd,
2296                                        struct request *rq)
2297 {
2298         if (rq != NULL) { /* new rq dispatch now, reset accordingly */
2299                 bfqd->last_dispatch = bfqd->first_dispatch = ktime_get_ns();
2300                 bfqd->peak_rate_samples = 1;
2301                 bfqd->sequential_samples = 0;
2302                 bfqd->tot_sectors_dispatched = bfqd->last_rq_max_size =
2303                         blk_rq_sectors(rq);
2304         } else /* no new rq dispatched, just reset the number of samples */
2305                 bfqd->peak_rate_samples = 0; /* full re-init on next disp. */
2306
2307         bfq_log(bfqd,
2308                 "reset_rate_computation at end, sample %u/%u tot_sects %llu",
2309                 bfqd->peak_rate_samples, bfqd->sequential_samples,
2310                 bfqd->tot_sectors_dispatched);
2311 }
2312
2313 static void bfq_update_rate_reset(struct bfq_data *bfqd, struct request *rq)
2314 {
2315         u32 rate, weight, divisor;
2316
2317         /*
2318          * For the convergence property to hold (see comments on
2319          * bfq_update_peak_rate()) and for the assessment to be
2320          * reliable, a minimum number of samples must be present, and
2321          * a minimum amount of time must have elapsed. If not so, do
2322          * not compute new rate. Just reset parameters, to get ready
2323          * for a new evaluation attempt.
2324          */
2325         if (bfqd->peak_rate_samples < BFQ_RATE_MIN_SAMPLES ||
2326             bfqd->delta_from_first < BFQ_RATE_MIN_INTERVAL)
2327                 goto reset_computation;
2328
2329         /*
2330          * If a new request completion has occurred after last
2331          * dispatch, then, to approximate the rate at which requests
2332          * have been served by the device, it is more precise to
2333          * extend the observation interval to the last completion.
2334          */
2335         bfqd->delta_from_first =
2336                 max_t(u64, bfqd->delta_from_first,
2337                       bfqd->last_completion - bfqd->first_dispatch);
2338
2339         /*
2340          * Rate computed in sects/usec, and not sects/nsec, for
2341          * precision issues.
2342          */
2343         rate = div64_ul(bfqd->tot_sectors_dispatched<<BFQ_RATE_SHIFT,
2344                         div_u64(bfqd->delta_from_first, NSEC_PER_USEC));
2345
2346         /*
2347          * Peak rate not updated if:
2348          * - the percentage of sequential dispatches is below 3/4 of the
2349          *   total, and rate is below the current estimated peak rate
2350          * - rate is unreasonably high (> 20M sectors/sec)
2351          */
2352         if ((bfqd->sequential_samples < (3 * bfqd->peak_rate_samples)>>2 &&
2353              rate <= bfqd->peak_rate) ||
2354                 rate > 20<<BFQ_RATE_SHIFT)
2355                 goto reset_computation;
2356
2357         /*
2358          * We have to update the peak rate, at last! To this purpose,
2359          * we use a low-pass filter. We compute the smoothing constant
2360          * of the filter as a function of the 'weight' of the new
2361          * measured rate.
2362          *
2363          * As can be seen in next formulas, we define this weight as a
2364          * quantity proportional to how sequential the workload is,
2365          * and to how long the observation time interval is.
2366          *
2367          * The weight runs from 0 to 8. The maximum value of the
2368          * weight, 8, yields the minimum value for the smoothing
2369          * constant. At this minimum value for the smoothing constant,
2370          * the measured rate contributes for half of the next value of
2371          * the estimated peak rate.
2372          *
2373          * So, the first step is to compute the weight as a function
2374          * of how sequential the workload is. Note that the weight
2375          * cannot reach 9, because bfqd->sequential_samples cannot
2376          * become equal to bfqd->peak_rate_samples, which, in its
2377          * turn, holds true because bfqd->sequential_samples is not
2378          * incremented for the first sample.
2379          */
2380         weight = (9 * bfqd->sequential_samples) / bfqd->peak_rate_samples;
2381
2382         /*
2383          * Second step: further refine the weight as a function of the
2384          * duration of the observation interval.
2385          */
2386         weight = min_t(u32, 8,
2387                        div_u64(weight * bfqd->delta_from_first,
2388                                BFQ_RATE_REF_INTERVAL));
2389
2390         /*
2391          * Divisor ranging from 10, for minimum weight, to 2, for
2392          * maximum weight.
2393          */
2394         divisor = 10 - weight;
2395
2396         /*
2397          * Finally, update peak rate:
2398          *
2399          * peak_rate = peak_rate * (divisor-1) / divisor  +  rate / divisor
2400          */
2401         bfqd->peak_rate *= divisor-1;
2402         bfqd->peak_rate /= divisor;
2403         rate /= divisor; /* smoothing constant alpha = 1/divisor */
2404
2405         bfqd->peak_rate += rate;
2406         update_thr_responsiveness_params(bfqd);
2407
2408 reset_computation:
2409         bfq_reset_rate_computation(bfqd, rq);
2410 }
2411
2412 /*
2413  * Update the read/write peak rate (the main quantity used for
2414  * auto-tuning, see update_thr_responsiveness_params()).
2415  *
2416  * It is not trivial to estimate the peak rate (correctly): because of
2417  * the presence of sw and hw queues between the scheduler and the
2418  * device components that finally serve I/O requests, it is hard to
2419  * say exactly when a given dispatched request is served inside the
2420  * device, and for how long. As a consequence, it is hard to know
2421  * precisely at what rate a given set of requests is actually served
2422  * by the device.
2423  *
2424  * On the opposite end, the dispatch time of any request is trivially
2425  * available, and, from this piece of information, the "dispatch rate"
2426  * of requests can be immediately computed. So, the idea in the next
2427  * function is to use what is known, namely request dispatch times
2428  * (plus, when useful, request completion times), to estimate what is
2429  * unknown, namely in-device request service rate.
2430  *
2431  * The main issue is that, because of the above facts, the rate at
2432  * which a certain set of requests is dispatched over a certain time
2433  * interval can vary greatly with respect to the rate at which the
2434  * same requests are then served. But, since the size of any
2435  * intermediate queue is limited, and the service scheme is lossless
2436  * (no request is silently dropped), the following obvious convergence
2437  * property holds: the number of requests dispatched MUST become
2438  * closer and closer to the number of requests completed as the
2439  * observation interval grows. This is the key property used in
2440  * the next function to estimate the peak service rate as a function
2441  * of the observed dispatch rate. The function assumes to be invoked
2442  * on every request dispatch.
2443  */
2444 static void bfq_update_peak_rate(struct bfq_data *bfqd, struct request *rq)
2445 {
2446         u64 now_ns = ktime_get_ns();
2447
2448         if (bfqd->peak_rate_samples == 0) { /* first dispatch */
2449                 bfq_log(bfqd, "update_peak_rate: goto reset, samples %d",
2450                         bfqd->peak_rate_samples);
2451                 bfq_reset_rate_computation(bfqd, rq);
2452                 goto update_last_values; /* will add one sample */
2453         }
2454
2455         /*
2456          * Device idle for very long: the observation interval lasting
2457          * up to this dispatch cannot be a valid observation interval
2458          * for computing a new peak rate (similarly to the late-
2459          * completion event in bfq_completed_request()). Go to
2460          * update_rate_and_reset to have the following three steps
2461          * taken:
2462          * - close the observation interval at the last (previous)
2463          *   request dispatch or completion
2464          * - compute rate, if possible, for that observation interval
2465          * - start a new observation interval with this dispatch
2466          */
2467         if (now_ns - bfqd->last_dispatch > 100*NSEC_PER_MSEC &&
2468             bfqd->rq_in_driver == 0)
2469                 goto update_rate_and_reset;
2470
2471         /* Update sampling information */
2472         bfqd->peak_rate_samples++;
2473
2474         if ((bfqd->rq_in_driver > 0 ||
2475                 now_ns - bfqd->last_completion < BFQ_MIN_TT)
2476              && get_sdist(bfqd->last_position, rq) < BFQQ_SEEK_THR)
2477                 bfqd->sequential_samples++;
2478
2479         bfqd->tot_sectors_dispatched += blk_rq_sectors(rq);
2480
2481         /* Reset max observed rq size every 32 dispatches */
2482         if (likely(bfqd->peak_rate_samples % 32))
2483                 bfqd->last_rq_max_size =
2484                         max_t(u32, blk_rq_sectors(rq), bfqd->last_rq_max_size);
2485         else
2486                 bfqd->last_rq_max_size = blk_rq_sectors(rq);
2487
2488         bfqd->delta_from_first = now_ns - bfqd->first_dispatch;
2489
2490         /* Target observation interval not yet reached, go on sampling */
2491         if (bfqd->delta_from_first < BFQ_RATE_REF_INTERVAL)
2492                 goto update_last_values;
2493
2494 update_rate_and_reset:
2495         bfq_update_rate_reset(bfqd, rq);
2496 update_last_values:
2497         bfqd->last_position = blk_rq_pos(rq) + blk_rq_sectors(rq);
2498         bfqd->last_dispatch = now_ns;
2499 }
2500
2501 /*
2502  * Remove request from internal lists.
2503  */
2504 static void bfq_dispatch_remove(struct request_queue *q, struct request *rq)
2505 {
2506         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
2507
2508         /*
2509          * For consistency, the next instruction should have been
2510          * executed after removing the request from the queue and
2511          * dispatching it.  We execute instead this instruction before
2512          * bfq_remove_request() (and hence introduce a temporary
2513          * inconsistency), for efficiency.  In fact, should this
2514          * dispatch occur for a non in-service bfqq, this anticipated
2515          * increment prevents two counters related to bfqq->dispatched
2516          * from risking to be, first, uselessly decremented, and then
2517          * incremented again when the (new) value of bfqq->dispatched
2518          * happens to be taken into account.
2519          */
2520         bfqq->dispatched++;
2521         bfq_update_peak_rate(q->elevator->elevator_data, rq);
2522
2523         bfq_remove_request(q, rq);
2524 }
2525
2526 static void __bfq_bfqq_expire(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
2527 {
2528         /*
2529          * If this bfqq is shared between multiple processes, check
2530          * to make sure that those processes are still issuing I/Os
2531          * within the mean seek distance. If not, it may be time to
2532          * break the queues apart again.
2533          */
2534         if (bfq_bfqq_coop(bfqq) && BFQQ_SEEKY(bfqq))
2535                 bfq_mark_bfqq_split_coop(bfqq);
2536
2537         if (RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list)) {
2538                 if (bfqq->dispatched == 0)
2539                         /*
2540                          * Overloading budget_timeout field to store
2541                          * the time at which the queue remains with no
2542                          * backlog and no outstanding request; used by
2543                          * the weight-raising mechanism.
2544                          */
2545                         bfqq->budget_timeout = jiffies;
2546
2547                 bfq_del_bfqq_busy(bfqd, bfqq, true);
2548         } else {
2549                 bfq_requeue_bfqq(bfqd, bfqq);
2550                 /*
2551                  * Resort priority tree of potential close cooperators.
2552                  */
2553                 bfq_pos_tree_add_move(bfqd, bfqq);
2554         }
2555
2556         /*
2557          * All in-service entities must have been properly deactivated
2558          * or requeued before executing the next function, which
2559          * resets all in-service entites as no more in service.
2560          */
2561         __bfq_bfqd_reset_in_service(bfqd);
2562 }
2563
2564 /**
2565  * __bfq_bfqq_recalc_budget - try to adapt the budget to the @bfqq behavior.
2566  * @bfqd: device data.
2567  * @bfqq: queue to update.
2568  * @reason: reason for expiration.
2569  *
2570  * Handle the feedback on @bfqq budget at queue expiration.
2571  * See the body for detailed comments.
2572  */
2573 static void __bfq_bfqq_recalc_budget(struct bfq_data *bfqd,
2574                                      struct bfq_queue *bfqq,
2575                                      enum bfqq_expiration reason)
2576 {
2577         struct request *next_rq;
2578         int budget, min_budget;
2579
2580         min_budget = bfq_min_budget(bfqd);
2581
2582         if (bfqq->wr_coeff == 1)
2583                 budget = bfqq->max_budget;
2584         else /*
2585               * Use a constant, low budget for weight-raised queues,
2586               * to help achieve a low latency. Keep it slightly higher
2587               * than the minimum possible budget, to cause a little
2588               * bit fewer expirations.
2589               */
2590                 budget = 2 * min_budget;
2591
2592         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "recalc_budg: last budg %d, budg left %d",
2593                 bfqq->entity.budget, bfq_bfqq_budget_left(bfqq));
2594         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "recalc_budg: last max_budg %d, min budg %d",
2595                 budget, bfq_min_budget(bfqd));
2596         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "recalc_budg: sync %d, seeky %d",
2597                 bfq_bfqq_sync(bfqq), BFQQ_SEEKY(bfqd->in_service_queue));
2598
2599         if (bfq_bfqq_sync(bfqq) && bfqq->wr_coeff == 1) {
2600                 switch (reason) {
2601                 /*
2602                  * Caveat: in all the following cases we trade latency
2603                  * for throughput.
2604                  */
2605                 case BFQQE_TOO_IDLE:
2606                         /*
2607                          * This is the only case where we may reduce
2608                          * the budget: if there is no request of the
2609                          * process still waiting for completion, then
2610                          * we assume (tentatively) that the timer has
2611                          * expired because the batch of requests of
2612                          * the process could have been served with a
2613                          * smaller budget.  Hence, betting that
2614                          * process will behave in the same way when it
2615                          * becomes backlogged again, we reduce its
2616                          * next budget.  As long as we guess right,
2617                          * this budget cut reduces the latency
2618                          * experienced by the process.
2619                          *
2620                          * However, if there are still outstanding
2621                          * requests, then the process may have not yet
2622                          * issued its next request just because it is
2623                          * still waiting for the completion of some of
2624                          * the still outstanding ones.  So in this
2625                          * subcase we do not reduce its budget, on the
2626                          * contrary we increase it to possibly boost
2627                          * the throughput, as discussed in the
2628                          * comments to the BUDGET_TIMEOUT case.
2629                          */
2630                         if (bfqq->dispatched > 0) /* still outstanding reqs */
2631                                 budget = min(budget * 2, bfqd->bfq_max_budget);
2632                         else {
2633                                 if (budget > 5 * min_budget)
2634                                         budget -= 4 * min_budget;
2635                                 else
2636                                         budget = min_budget;
2637                         }
2638                         break;
2639                 case BFQQE_BUDGET_TIMEOUT:
2640                         /*
2641                          * We double the budget here because it gives
2642                          * the chance to boost the throughput if this
2643                          * is not a seeky process (and has bumped into
2644                          * this timeout because of, e.g., ZBR).
2645                          */
2646                         budget = min(budget * 2, bfqd->bfq_max_budget);
2647                         break;
2648                 case BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED:
2649                         /*
2650                          * The process still has backlog, and did not
2651                          * let either the budget timeout or the disk
2652                          * idling timeout expire. Hence it is not
2653                          * seeky, has a short thinktime and may be
2654                          * happy with a higher budget too. So
2655                          * definitely increase the budget of this good
2656                          * candidate to boost the disk throughput.
2657                          */
2658                         budget = min(budget * 4, bfqd->bfq_max_budget);
2659                         break;
2660                 case BFQQE_NO_MORE_REQUESTS:
2661                         /*
2662                          * For queues that expire for this reason, it
2663                          * is particularly important to keep the
2664                          * budget close to the actual service they
2665                          * need. Doing so reduces the timestamp
2666                          * misalignment problem described in the
2667                          * comments in the body of
2668                          * __bfq_activate_entity. In fact, suppose
2669                          * that a queue systematically expires for
2670                          * BFQQE_NO_MORE_REQUESTS and presents a
2671                          * new request in time to enjoy timestamp
2672                          * back-shifting. The larger the budget of the
2673                          * queue is with respect to the service the
2674                          * queue actually requests in each service
2675                          * slot, the more times the queue can be
2676                          * reactivated with the same virtual finish
2677                          * time. It follows that, even if this finish
2678                          * time is pushed to the system virtual time
2679                          * to reduce the consequent timestamp
2680                          * misalignment, the queue unjustly enjoys for
2681                          * many re-activations a lower finish time
2682                          * than all newly activated queues.
2683                          *
2684                          * The service needed by bfqq is measured
2685                          * quite precisely by bfqq->entity.service.
2686                          * Since bfqq does not enjoy device idling,
2687                          * bfqq->entity.service is equal to the number
2688                          * of sectors that the process associated with
2689                          * bfqq requested to read/write before waiting
2690                          * for request completions, or blocking for
2691                          * other reasons.
2692                          */
2693                         budget = max_t(int, bfqq->entity.service, min_budget);
2694                         break;
2695                 default:
2696                         return;
2697                 }
2698         } else if (!bfq_bfqq_sync(bfqq)) {
2699                 /*
2700                  * Async queues get always the maximum possible
2701                  * budget, as for them we do not care about latency
2702                  * (in addition, their ability to dispatch is limited
2703                  * by the charging factor).
2704                  */
2705                 budget = bfqd->bfq_max_budget;
2706         }
2707
2708         bfqq->max_budget = budget;
2709
2710         if (bfqd->budgets_assigned >= bfq_stats_min_budgets &&
2711             !bfqd->bfq_user_max_budget)
2712                 bfqq->max_budget = min(bfqq->max_budget, bfqd->bfq_max_budget);
2713
2714         /*
2715          * If there is still backlog, then assign a new budget, making
2716          * sure that it is large enough for the next request.  Since
2717          * the finish time of bfqq must be kept in sync with the
2718          * budget, be sure to call __bfq_bfqq_expire() *after* this
2719          * update.
2720          *
2721          * If there is no backlog, then no need to update the budget;
2722          * it will be updated on the arrival of a new request.
2723          */
2724         next_rq = bfqq->next_rq;
2725         if (next_rq)
2726                 bfqq->entity.budget = max_t(unsigned long, bfqq->max_budget,
2727                                             bfq_serv_to_charge(next_rq, bfqq));
2728
2729         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "head sect: %u, new budget %d",
2730                         next_rq ? blk_rq_sectors(next_rq) : 0,
2731                         bfqq->entity.budget);
2732 }
2733
2734 /*
2735  * Return true if the process associated with bfqq is "slow". The slow
2736  * flag is used, in addition to the budget timeout, to reduce the
2737  * amount of service provided to seeky processes, and thus reduce
2738  * their chances to lower the throughput. More details in the comments
2739  * on the function bfq_bfqq_expire().
2740  *
2741  * An important observation is in order: as discussed in the comments
2742  * on the function bfq_update_peak_rate(), with devices with internal
2743  * queues, it is hard if ever possible to know when and for how long
2744  * an I/O request is processed by the device (apart from the trivial
2745  * I/O pattern where a new request is dispatched only after the
2746  * previous one has been completed). This makes it hard to evaluate
2747  * the real rate at which the I/O requests of each bfq_queue are
2748  * served.  In fact, for an I/O scheduler like BFQ, serving a
2749  * bfq_queue means just dispatching its requests during its service
2750  * slot (i.e., until the budget of the queue is exhausted, or the
2751  * queue remains idle, or, finally, a timeout fires). But, during the
2752  * service slot of a bfq_queue, around 100 ms at most, the device may
2753  * be even still processing requests of bfq_queues served in previous
2754  * service slots. On the opposite end, the requests of the in-service
2755  * bfq_queue may be completed after the service slot of the queue
2756  * finishes.
2757  *
2758  * Anyway, unless more sophisticated solutions are used
2759  * (where possible), the sum of the sizes of the requests dispatched
2760  * during the service slot of a bfq_queue is probably the only
2761  * approximation available for the service received by the bfq_queue
2762  * during its service slot. And this sum is the quantity used in this
2763  * function to evaluate the I/O speed of a process.
2764  */
2765 static bool bfq_bfqq_is_slow(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
2766                                  bool compensate, enum bfqq_expiration reason,
2767                                  unsigned long *delta_ms)
2768 {
2769         ktime_t delta_ktime;
2770         u32 delta_usecs;
2771         bool slow = BFQQ_SEEKY(bfqq); /* if delta too short, use seekyness */
2772
2773         if (!bfq_bfqq_sync(bfqq))
2774                 return false;
2775
2776         if (compensate)
2777                 delta_ktime = bfqd->last_idling_start;
2778         else
2779                 delta_ktime = ktime_get();
2780         delta_ktime = ktime_sub(delta_ktime, bfqd->last_budget_start);
2781         delta_usecs = ktime_to_us(delta_ktime);
2782
2783         /* don't use too short time intervals */
2784         if (delta_usecs < 1000) {
2785                 if (blk_queue_nonrot(bfqd->queue))
2786                          /*
2787                           * give same worst-case guarantees as idling
2788                           * for seeky
2789                           */
2790                         *delta_ms = BFQ_MIN_TT / NSEC_PER_MSEC;
2791                 else /* charge at least one seek */
2792                         *delta_ms = bfq_slice_idle / NSEC_PER_MSEC;
2793
2794                 return slow;
2795         }
2796
2797         *delta_ms = delta_usecs / USEC_PER_MSEC;
2798
2799         /*
2800          * Use only long (> 20ms) intervals to filter out excessive
2801          * spikes in service rate estimation.
2802          */
2803         if (delta_usecs > 20000) {
2804                 /*
2805                  * Caveat for rotational devices: processes doing I/O
2806                  * in the slower disk zones tend to be slow(er) even
2807                  * if not seeky. In this respect, the estimated peak
2808                  * rate is likely to be an average over the disk
2809                  * surface. Accordingly, to not be too harsh with
2810                  * unlucky processes, a process is deemed slow only if
2811                  * its rate has been lower than half of the estimated
2812                  * peak rate.
2813                  */
2814                 slow = bfqq->entity.service < bfqd->bfq_max_budget / 2;
2815         }
2816
2817         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "bfq_bfqq_is_slow: slow %d", slow);
2818
2819         return slow;
2820 }
2821
2822 /*
2823  * To be deemed as soft real-time, an application must meet two
2824  * requirements. First, the application must not require an average
2825  * bandwidth higher than the approximate bandwidth required to playback or
2826  * record a compressed high-definition video.
2827  * The next function is invoked on the completion of the last request of a
2828  * batch, to compute the next-start time instant, soft_rt_next_start, such
2829  * that, if the next request of the application does not arrive before
2830  * soft_rt_next_start, then the above requirement on the bandwidth is met.
2831  *
2832  * The second requirement is that the request pattern of the application is
2833  * isochronous, i.e., that, after issuing a request or a batch of requests,
2834  * the application stops issuing new requests until all its pending requests
2835  * have been completed. After that, the application may issue a new batch,
2836  * and so on.
2837  * For this reason the next function is invoked to compute
2838  * soft_rt_next_start only for applications that meet this requirement,
2839  * whereas soft_rt_next_start is set to infinity for applications that do
2840  * not.
2841  *
2842  * Unfortunately, even a greedy application may happen to behave in an
2843  * isochronous way if the CPU load is high. In fact, the application may
2844  * stop issuing requests while the CPUs are busy serving other processes,
2845  * then restart, then stop again for a while, and so on. In addition, if
2846  * the disk achieves a low enough throughput with the request pattern
2847  * issued by the application (e.g., because the request pattern is random
2848  * and/or the device is slow), then the application may meet the above
2849  * bandwidth requirement too. To prevent such a greedy application to be
2850  * deemed as soft real-time, a further rule is used in the computation of
2851  * soft_rt_next_start: soft_rt_next_start must be higher than the current
2852  * time plus the maximum time for which the arrival of a request is waited
2853  * for when a sync queue becomes idle, namely bfqd->bfq_slice_idle.
2854  * This filters out greedy applications, as the latter issue instead their
2855  * next request as soon as possible after the last one has been completed
2856  * (in contrast, when a batch of requests is completed, a soft real-time
2857  * application spends some time processing data).
2858  *
2859  * Unfortunately, the last filter may easily generate false positives if
2860  * only bfqd->bfq_slice_idle is used as a reference time interval and one
2861  * or both the following cases occur:
2862  * 1) HZ is so low that the duration of a jiffy is comparable to or higher
2863  *    than bfqd->bfq_slice_idle. This happens, e.g., on slow devices with
2864  *    HZ=100.
2865  * 2) jiffies, instead of increasing at a constant rate, may stop increasing
2866  *    for a while, then suddenly 'jump' by several units to recover the lost
2867  *    increments. This seems to happen, e.g., inside virtual machines.
2868  * To address this issue, we do not use as a reference time interval just
2869  * bfqd->bfq_slice_idle, but bfqd->bfq_slice_idle plus a few jiffies. In
2870  * particular we add the minimum number of jiffies for which the filter
2871  * seems to be quite precise also in embedded systems and KVM/QEMU virtual
2872  * machines.
2873  */
2874 static unsigned long bfq_bfqq_softrt_next_start(struct bfq_data *bfqd,
2875                                                 struct bfq_queue *bfqq)
2876 {
2877         return max(bfqq->last_idle_bklogged +
2878                    HZ * bfqq->service_from_backlogged /
2879                    bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate,
2880                    jiffies + nsecs_to_jiffies(bfqq->bfqd->bfq_slice_idle) + 4);
2881 }
2882
2883 /*
2884  * Return the farthest future time instant according to jiffies
2885  * macros.
2886  */
2887 static unsigned long bfq_greatest_from_now(void)
2888 {
2889         return jiffies + MAX_JIFFY_OFFSET;
2890 }
2891
2892 /*
2893  * Return the farthest past time instant according to jiffies
2894  * macros.
2895  */
2896 static unsigned long bfq_smallest_from_now(void)
2897 {
2898         return jiffies - MAX_JIFFY_OFFSET;
2899 }
2900
2901 /**
2902  * bfq_bfqq_expire - expire a queue.
2903  * @bfqd: device owning the queue.
2904  * @bfqq: the queue to expire.
2905  * @compensate: if true, compensate for the time spent idling.
2906  * @reason: the reason causing the expiration.
2907  *
2908  * If the process associated with bfqq does slow I/O (e.g., because it
2909  * issues random requests), we charge bfqq with the time it has been
2910  * in service instead of the service it has received (see
2911  * bfq_bfqq_charge_time for details on how this goal is achieved). As
2912  * a consequence, bfqq will typically get higher timestamps upon
2913  * reactivation, and hence it will be rescheduled as if it had
2914  * received more service than what it has actually received. In the
2915  * end, bfqq receives less service in proportion to how slowly its
2916  * associated process consumes its budgets (and hence how seriously it
2917  * tends to lower the throughput). In addition, this time-charging
2918  * strategy guarantees time fairness among slow processes. In
2919  * contrast, if the process associated with bfqq is not slow, we
2920  * charge bfqq exactly with the service it has received.
2921  *
2922  * Charging time to the first type of queues and the exact service to
2923  * the other has the effect of using the WF2Q+ policy to schedule the
2924  * former on a timeslice basis, without violating service domain
2925  * guarantees among the latter.
2926  */
2927 void bfq_bfqq_expire(struct bfq_data *bfqd,
2928                      struct bfq_queue *bfqq,
2929                      bool compensate,
2930                      enum bfqq_expiration reason)
2931 {
2932         bool slow;
2933         unsigned long delta = 0;
2934         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
2935         int ref;
2936
2937         /*
2938          * Check whether the process is slow (see bfq_bfqq_is_slow).
2939          */
2940         slow = bfq_bfqq_is_slow(bfqd, bfqq, compensate, reason, &delta);
2941
2942         /*
2943          * Increase service_from_backlogged before next statement,
2944          * because the possible next invocation of
2945          * bfq_bfqq_charge_time would likely inflate
2946          * entity->service. In contrast, service_from_backlogged must
2947          * contain real service, to enable the soft real-time
2948          * heuristic to correctly compute the bandwidth consumed by
2949          * bfqq.
2950          */
2951         bfqq->service_from_backlogged += entity->service;
2952
2953         /*
2954          * As above explained, charge slow (typically seeky) and
2955          * timed-out queues with the time and not the service
2956          * received, to favor sequential workloads.
2957          *
2958          * Processes doing I/O in the slower disk zones will tend to
2959          * be slow(er) even if not seeky. Therefore, since the
2960          * estimated peak rate is actually an average over the disk
2961          * surface, these processes may timeout just for bad luck. To
2962          * avoid punishing them, do not charge time to processes that
2963          * succeeded in consuming at least 2/3 of their budget. This
2964          * allows BFQ to preserve enough elasticity to still perform
2965          * bandwidth, and not time, distribution with little unlucky
2966          * or quasi-sequential processes.
2967          */
2968         if (bfqq->wr_coeff == 1 &&
2969             (slow ||
2970              (reason == BFQQE_BUDGET_TIMEOUT &&
2971               bfq_bfqq_budget_left(bfqq) >=  entity->budget / 3)))
2972                 bfq_bfqq_charge_time(bfqd, bfqq, delta);
2973
2974         if (reason == BFQQE_TOO_IDLE &&
2975             entity->service <= 2 * entity->budget / 10)
2976                 bfq_clear_bfqq_IO_bound(bfqq);
2977
2978         if (bfqd->low_latency && bfqq->wr_coeff == 1)
2979                 bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
2980
2981         if (bfqd->low_latency && bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate > 0 &&
2982             RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list)) {
2983                 /*
2984                  * If we get here, and there are no outstanding
2985                  * requests, then the request pattern is isochronous
2986                  * (see the comments on the function
2987                  * bfq_bfqq_softrt_next_start()). Thus we can compute
2988                  * soft_rt_next_start. If, instead, the queue still
2989                  * has outstanding requests, then we have to wait for
2990                  * the completion of all the outstanding requests to
2991                  * discover whether the request pattern is actually
2992                  * isochronous.
2993                  */
2994                 if (bfqq->dispatched == 0)
2995                         bfqq->soft_rt_next_start =
2996                                 bfq_bfqq_softrt_next_start(bfqd, bfqq);
2997                 else {
2998                         /*
2999                          * The application is still waiting for the
3000                          * completion of one or more requests:
3001                          * prevent it from possibly being incorrectly
3002                          * deemed as soft real-time by setting its
3003                          * soft_rt_next_start to infinity. In fact,
3004                          * without this assignment, the application
3005                          * would be incorrectly deemed as soft
3006                          * real-time if:
3007                          * 1) it issued a new request before the
3008                          *    completion of all its in-flight
3009                          *    requests, and
3010                          * 2) at that time, its soft_rt_next_start
3011                          *    happened to be in the past.
3012                          */
3013                         bfqq->soft_rt_next_start =
3014                                 bfq_greatest_from_now();
3015                         /*
3016                          * Schedule an update of soft_rt_next_start to when
3017                          * the task may be discovered to be isochronous.
3018                          */
3019                         bfq_mark_bfqq_softrt_update(bfqq);
3020                 }
3021         }
3022
3023         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq,
3024                 "expire (%d, slow %d, num_disp %d, idle_win %d)", reason,
3025                 slow, bfqq->dispatched, bfq_bfqq_idle_window(bfqq));
3026
3027         /*
3028          * Increase, decrease or leave budget unchanged according to
3029          * reason.
3030          */
3031         __bfq_bfqq_recalc_budget(bfqd, bfqq, reason);
3032         ref = bfqq->ref;
3033         __bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq);
3034
3035         /* mark bfqq as waiting a request only if a bic still points to it */
3036         if (ref > 1 && !bfq_bfqq_busy(bfqq) &&
3037             reason != BFQQE_BUDGET_TIMEOUT &&
3038             reason != BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED)
3039                 bfq_mark_bfqq_non_blocking_wait_rq(bfqq);
3040 }
3041
3042 /*
3043  * Budget timeout is not implemented through a dedicated timer, but
3044  * just checked on request arrivals and completions, as well as on
3045  * idle timer expirations.
3046  */
3047 static bool bfq_bfqq_budget_timeout(struct bfq_queue *bfqq)
3048 {
3049         return time_is_before_eq_jiffies(bfqq->budget_timeout);
3050 }
3051
3052 /*
3053  * If we expire a queue that is actively waiting (i.e., with the
3054  * device idled) for the arrival of a new request, then we may incur
3055  * the timestamp misalignment problem described in the body of the
3056  * function __bfq_activate_entity. Hence we return true only if this
3057  * condition does not hold, or if the queue is slow enough to deserve
3058  * only to be kicked off for preserving a high throughput.
3059  */
3060 static bool bfq_may_expire_for_budg_timeout(struct bfq_queue *bfqq)
3061 {
3062         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq,
3063                 "may_budget_timeout: wait_request %d left %d timeout %d",
3064                 bfq_bfqq_wait_request(bfqq),
3065                         bfq_bfqq_budget_left(bfqq) >=  bfqq->entity.budget / 3,
3066                 bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq));
3067
3068         return (!bfq_bfqq_wait_request(bfqq) ||
3069                 bfq_bfqq_budget_left(bfqq) >=  bfqq->entity.budget / 3)
3070                 &&
3071                 bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq);
3072 }
3073
3074 /*
3075  * For a queue that becomes empty, device idling is allowed only if
3076  * this function returns true for the queue. As a consequence, since
3077  * device idling plays a critical role in both throughput boosting and
3078  * service guarantees, the return value of this function plays a
3079  * critical role in both these aspects as well.
3080  *
3081  * In a nutshell, this function returns true only if idling is
3082  * beneficial for throughput or, even if detrimental for throughput,
3083  * idling is however necessary to preserve service guarantees (low
3084  * latency, desired throughput distribution, ...). In particular, on
3085  * NCQ-capable devices, this function tries to return false, so as to
3086  * help keep the drives' internal queues full, whenever this helps the
3087  * device boost the throughput without causing any service-guarantee
3088  * issue.
3089  *
3090  * In more detail, the return value of this function is obtained by,
3091  * first, computing a number of boolean variables that take into
3092  * account throughput and service-guarantee issues, and, then,
3093  * combining these variables in a logical expression. Most of the
3094  * issues taken into account are not trivial. We discuss these issues
3095  * individually while introducing the variables.
3096  */
3097 static bool bfq_bfqq_may_idle(struct bfq_queue *bfqq)
3098 {
3099         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
3100         bool idling_boosts_thr, idling_boosts_thr_without_issues,
3101                 idling_needed_for_service_guarantees,
3102                 asymmetric_scenario;
3103
3104         if (bfqd->strict_guarantees)
3105                 return true;
3106
3107         /*
3108          * The next variable takes into account the cases where idling
3109          * boosts the throughput.
3110          *
3111          * The value of the variable is computed considering, first, that
3112          * idling is virtually always beneficial for the throughput if:
3113          * (a) the device is not NCQ-capable, or
3114          * (b) regardless of the presence of NCQ, the device is rotational
3115          *     and the request pattern for bfqq is I/O-bound and sequential.
3116          *
3117          * Secondly, and in contrast to the above item (b), idling an
3118          * NCQ-capable flash-based device would not boost the
3119          * throughput even with sequential I/O; rather it would lower
3120          * the throughput in proportion to how fast the device
3121          * is. Accordingly, the next variable is true if any of the
3122          * above conditions (a) and (b) is true, and, in particular,
3123          * happens to be false if bfqd is an NCQ-capable flash-based
3124          * device.
3125          */
3126         idling_boosts_thr = !bfqd->hw_tag ||
3127                 (!blk_queue_nonrot(bfqd->queue) && bfq_bfqq_IO_bound(bfqq) &&
3128                  bfq_bfqq_idle_window(bfqq));
3129
3130         /*
3131          * The value of the next variable,
3132          * idling_boosts_thr_without_issues, is equal to that of
3133          * idling_boosts_thr, unless a special case holds. In this
3134          * special case, described below, idling may cause problems to
3135          * weight-raised queues.
3136          *
3137          * When the request pool is saturated (e.g., in the presence
3138          * of write hogs), if the processes associated with
3139          * non-weight-raised queues ask for requests at a lower rate,
3140          * then processes associated with weight-raised queues have a
3141          * higher probability to get a request from the pool
3142          * immediately (or at least soon) when they need one. Thus
3143          * they have a higher probability to actually get a fraction
3144          * of the device throughput proportional to their high
3145          * weight. This is especially true with NCQ-capable drives,
3146          * which enqueue several requests in advance, and further
3147          * reorder internally-queued requests.
3148          *
3149          * For this reason, we force to false the value of
3150          * idling_boosts_thr_without_issues if there are weight-raised
3151          * busy queues. In this case, and if bfqq is not weight-raised,
3152          * this guarantees that the device is not idled for bfqq (if,
3153          * instead, bfqq is weight-raised, then idling will be
3154          * guaranteed by another variable, see below). Combined with
3155          * the timestamping rules of BFQ (see [1] for details), this
3156          * behavior causes bfqq, and hence any sync non-weight-raised
3157          * queue, to get a lower number of requests served, and thus
3158          * to ask for a lower number of requests from the request
3159          * pool, before the busy weight-raised queues get served
3160          * again. This often mitigates starvation problems in the
3161          * presence of heavy write workloads and NCQ, thereby
3162          * guaranteeing a higher application and system responsiveness
3163          * in these hostile scenarios.
3164          */
3165         idling_boosts_thr_without_issues = idling_boosts_thr &&
3166                 bfqd->wr_busy_queues == 0;
3167
3168         /*
3169          * There is then a case where idling must be performed not
3170          * for throughput concerns, but to preserve service
3171          * guarantees.
3172          *
3173          * To introduce this case, we can note that allowing the drive
3174          * to enqueue more than one request at a time, and hence
3175          * delegating de facto final scheduling decisions to the
3176          * drive's internal scheduler, entails loss of control on the
3177          * actual request service order. In particular, the critical
3178          * situation is when requests from different processes happen
3179          * to be present, at the same time, in the internal queue(s)
3180          * of the drive. In such a situation, the drive, by deciding
3181          * the service order of the internally-queued requests, does
3182          * determine also the actual throughput distribution among
3183          * these processes. But the drive typically has no notion or
3184          * concern about per-process throughput distribution, and
3185          * makes its decisions only on a per-request basis. Therefore,
3186          * the service distribution enforced by the drive's internal
3187          * scheduler is likely to coincide with the desired
3188          * device-throughput distribution only in a completely
3189          * symmetric scenario where:
3190          * (i)  each of these processes must get the same throughput as
3191          *      the others;
3192          * (ii) all these processes have the same I/O pattern
3193                 (either sequential or random).
3194          * In fact, in such a scenario, the drive will tend to treat
3195          * the requests of each of these processes in about the same
3196          * way as the requests of the others, and thus to provide
3197          * each of these processes with about the same throughput
3198          * (which is exactly the desired throughput distribution). In
3199          * contrast, in any asymmetric scenario, device idling is
3200          * certainly needed to guarantee that bfqq receives its
3201          * assigned fraction of the device throughput (see [1] for
3202          * details).
3203          *
3204          * We address this issue by controlling, actually, only the
3205          * symmetry sub-condition (i), i.e., provided that
3206          * sub-condition (i) holds, idling is not performed,
3207          * regardless of whether sub-condition (ii) holds. In other
3208          * words, only if sub-condition (i) holds, then idling is
3209          * allowed, and the device tends to be prevented from queueing
3210          * many requests, possibly of several processes. The reason
3211          * for not controlling also sub-condition (ii) is that we
3212          * exploit preemption to preserve guarantees in case of
3213          * symmetric scenarios, even if (ii) does not hold, as
3214          * explained in the next two paragraphs.
3215          *
3216          * Even if a queue, say Q, is expired when it remains idle, Q
3217          * can still preempt the new in-service queue if the next
3218          * request of Q arrives soon (see the comments on
3219          * bfq_bfqq_update_budg_for_activation). If all queues and
3220          * groups have the same weight, this form of preemption,
3221          * combined with the hole-recovery heuristic described in the
3222          * comments on function bfq_bfqq_update_budg_for_activation,
3223          * are enough to preserve a correct bandwidth distribution in
3224          * the mid term, even without idling. In fact, even if not
3225          * idling allows the internal queues of the device to contain
3226          * many requests, and thus to reorder requests, we can rather
3227          * safely assume that the internal scheduler still preserves a
3228          * minimum of mid-term fairness. The motivation for using
3229          * preemption instead of idling is that, by not idling,
3230          * service guarantees are preserved without minimally
3231          * sacrificing throughput. In other words, both a high
3232          * throughput and its desired distribution are obtained.
3233          *
3234          * More precisely, this preemption-based, idleless approach
3235          * provides fairness in terms of IOPS, and not sectors per
3236          * second. This can be seen with a simple example. Suppose
3237          * that there are two queues with the same weight, but that
3238          * the first queue receives requests of 8 sectors, while the
3239          * second queue receives requests of 1024 sectors. In
3240          * addition, suppose that each of the two queues contains at
3241          * most one request at a time, which implies that each queue
3242          * always remains idle after it is served. Finally, after
3243          * remaining idle, each queue receives very quickly a new
3244          * request. It follows that the two queues are served
3245          * alternatively, preempting each other if needed. This
3246          * implies that, although both queues have the same weight,
3247          * the queue with large requests receives a service that is
3248          * 1024/8 times as high as the service received by the other
3249          * queue.
3250          *
3251          * On the other hand, device idling is performed, and thus
3252          * pure sector-domain guarantees are provided, for the
3253          * following queues, which are likely to need stronger
3254          * throughput guarantees: weight-raised queues, and queues
3255          * with a higher weight than other queues. When such queues
3256          * are active, sub-condition (i) is false, which triggers
3257          * device idling.
3258          *
3259          * According to the above considerations, the next variable is
3260          * true (only) if sub-condition (i) holds. To compute the
3261          * value of this variable, we not only use the return value of
3262          * the function bfq_symmetric_scenario(), but also check
3263          * whether bfqq is being weight-raised, because
3264          * bfq_symmetric_scenario() does not take into account also
3265          * weight-raised queues (see comments on
3266          * bfq_weights_tree_add()).
3267          *
3268          * As a side note, it is worth considering that the above
3269          * device-idling countermeasures may however fail in the
3270          * following unlucky scenario: if idling is (correctly)
3271          * disabled in a time period during which all symmetry
3272          * sub-conditions hold, and hence the device is allowed to
3273          * enqueue many requests, but at some later point in time some
3274          * sub-condition stops to hold, then it may become impossible
3275          * to let requests be served in the desired order until all
3276          * the requests already queued in the device have been served.
3277          */
3278         asymmetric_scenario = bfqq->wr_coeff > 1 ||
3279                 !bfq_symmetric_scenario(bfqd);
3280
3281         /*
3282          * Finally, there is a case where maximizing throughput is the
3283          * best choice even if it may cause unfairness toward
3284          * bfqq. Such a case is when bfqq became active in a burst of
3285          * queue activations. Queues that became active during a large
3286          * burst benefit only from throughput, as discussed in the
3287          * comments on bfq_handle_burst. Thus, if bfqq became active
3288          * in a burst and not idling the device maximizes throughput,
3289          * then the device must no be idled, because not idling the
3290          * device provides bfqq and all other queues in the burst with
3291          * maximum benefit. Combining this and the above case, we can
3292          * now establish when idling is actually needed to preserve
3293          * service guarantees.
3294          */
3295         idling_needed_for_service_guarantees =
3296                 asymmetric_scenario && !bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq);
3297
3298         /*
3299          * We have now all the components we need to compute the return
3300          * value of the function, which is true only if both the following
3301          * conditions hold:
3302          * 1) bfqq is sync, because idling make sense only for sync queues;
3303          * 2) idling either boosts the throughput (without issues), or
3304          *    is necessary to preserve service guarantees.
3305          */
3306         return bfq_bfqq_sync(bfqq) &&
3307                 (idling_boosts_thr_without_issues ||
3308                  idling_needed_for_service_guarantees);
3309 }
3310
3311 /*
3312  * If the in-service queue is empty but the function bfq_bfqq_may_idle
3313  * returns true, then:
3314  * 1) the queue must remain in service and cannot be expired, and
3315  * 2) the device must be idled to wait for the possible arrival of a new
3316  *    request for the queue.
3317  * See the comments on the function bfq_bfqq_may_idle for the reasons
3318  * why performing device idling is the best choice to boost the throughput
3319  * and preserve service guarantees when bfq_bfqq_may_idle itself
3320  * returns true.
3321  */
3322 static bool bfq_bfqq_must_idle(struct bfq_queue *bfqq)
3323 {
3324         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
3325
3326         return RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) && bfqd->bfq_slice_idle != 0 &&
3327                bfq_bfqq_may_idle(bfqq);
3328 }
3329
3330 /*
3331  * Select a queue for service.  If we have a current queue in service,
3332  * check whether to continue servicing it, or retrieve and set a new one.
3333  */
3334 static struct bfq_queue *bfq_select_queue(struct bfq_data *bfqd)
3335 {
3336         struct bfq_queue *bfqq;
3337         struct request *next_rq;
3338         enum bfqq_expiration reason = BFQQE_BUDGET_TIMEOUT;
3339
3340         bfqq = bfqd->in_service_queue;
3341         if (!bfqq)
3342                 goto new_queue;
3343
3344         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "select_queue: already in-service queue");
3345
3346         if (bfq_may_expire_for_budg_timeout(bfqq) &&
3347             !bfq_bfqq_wait_request(bfqq) &&
3348             !bfq_bfqq_must_idle(bfqq))
3349                 goto expire;
3350
3351 check_queue:
3352         /*
3353          * This loop is rarely executed more than once. Even when it
3354          * happens, it is much more convenient to re-execute this loop
3355          * than to return NULL and trigger a new dispatch to get a
3356          * request served.
3357          */
3358         next_rq = bfqq->next_rq;
3359         /*
3360          * If bfqq has requests queued and it has enough budget left to
3361          * serve them, keep the queue, otherwise expire it.
3362          */
3363         if (next_rq) {
3364                 if (bfq_serv_to_charge(next_rq, bfqq) >
3365                         bfq_bfqq_budget_left(bfqq)) {
3366                         /*
3367                          * Expire the queue for budget exhaustion,
3368                          * which makes sure that the next budget is
3369                          * enough to serve the next request, even if
3370                          * it comes from the fifo expired path.
3371                          */
3372                         reason = BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED;
3373                         goto expire;
3374                 } else {
3375                         /*
3376                          * The idle timer may be pending because we may
3377                          * not disable disk idling even when a new request
3378                          * arrives.
3379                          */
3380                         if (bfq_bfqq_wait_request(bfqq)) {
3381                                 /*
3382                                  * If we get here: 1) at least a new request
3383                                  * has arrived but we have not disabled the
3384                                  * timer because the request was too small,
3385                                  * 2) then the block layer has unplugged
3386                                  * the device, causing the dispatch to be
3387                                  * invoked.
3388                                  *
3389                                  * Since the device is unplugged, now the
3390                                  * requests are probably large enough to
3391                                  * provide a reasonable throughput.
3392                                  * So we disable idling.
3393                                  */
3394                                 bfq_clear_bfqq_wait_request(bfqq);
3395                                 hrtimer_try_to_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
3396                                 bfqg_stats_update_idle_time(bfqq_group(bfqq));
3397                         }
3398                         goto keep_queue;
3399                 }
3400         }
3401
3402         /*
3403          * No requests pending. However, if the in-service queue is idling
3404          * for a new request, or has requests waiting for a completion and
3405          * may idle after their completion, then keep it anyway.
3406          */
3407         if (bfq_bfqq_wait_request(bfqq) ||
3408             (bfqq->dispatched != 0 && bfq_bfqq_may_idle(bfqq))) {
3409                 bfqq = NULL;
3410                 goto keep_queue;
3411         }
3412
3413         reason = BFQQE_NO_MORE_REQUESTS;
3414 expire:
3415         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false, reason);
3416 new_queue:
3417         bfqq = bfq_set_in_service_queue(bfqd);
3418         if (bfqq) {
3419                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "select_queue: checking new queue");
3420                 goto check_queue;
3421         }
3422 keep_queue:
3423         if (bfqq)
3424                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "select_queue: returned this queue");
3425         else
3426                 bfq_log(bfqd, "select_queue: no queue returned");
3427
3428         return bfqq;
3429 }
3430
3431 static void bfq_update_wr_data(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
3432 {
3433         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
3434
3435         if (bfqq->wr_coeff > 1) { /* queue is being weight-raised */
3436                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq,
3437                         "raising period dur %u/%u msec, old coeff %u, w %d(%d)",
3438                         jiffies_to_msecs(jiffies - bfqq->last_wr_start_finish),
3439                         jiffies_to_msecs(bfqq->wr_cur_max_time),
3440                         bfqq->wr_coeff,
3441                         bfqq->entity.weight, bfqq->entity.orig_weight);
3442
3443                 if (entity->prio_changed)
3444                         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "WARN: pending prio change");
3445
3446                 /*
3447                  * If the queue was activated in a burst, or too much
3448                  * time has elapsed from the beginning of this
3449                  * weight-raising period, then end weight raising.
3450                  */
3451                 if (bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq))
3452                         bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
3453                 else if (time_is_before_jiffies(bfqq->last_wr_start_finish +
3454                                                 bfqq->wr_cur_max_time)) {
3455                         if (bfqq->wr_cur_max_time != bfqd->bfq_wr_rt_max_time ||
3456                         time_is_before_jiffies(bfqq->wr_start_at_switch_to_srt +
3457                                                bfq_wr_duration(bfqd)))
3458                                 bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
3459                         else {
3460                                 /* switch back to interactive wr */
3461                                 bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
3462                                 bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
3463                                 bfqq->last_wr_start_finish =
3464                                         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt;
3465                                 bfqq->entity.prio_changed = 1;
3466                         }
3467                 }
3468         }
3469         /* Update weight both if it must be raised and if it must be lowered */
3470         if ((entity->weight > entity->orig_weight) != (bfqq->wr_coeff > 1))
3471                 __bfq_entity_update_weight_prio(
3472                         bfq_entity_service_tree(entity),
3473                         entity);
3474 }
3475
3476 /*
3477  * Dispatch next request from bfqq.
3478  */
3479 static struct request *bfq_dispatch_rq_from_bfqq(struct bfq_data *bfqd,
3480                                                  struct bfq_queue *bfqq)
3481 {
3482         struct request *rq = bfqq->next_rq;
3483         unsigned long service_to_charge;
3484
3485         service_to_charge = bfq_serv_to_charge(rq, bfqq);
3486
3487         bfq_bfqq_served(bfqq, service_to_charge);
3488
3489         bfq_dispatch_remove(bfqd->queue, rq);
3490
3491         /*
3492          * If weight raising has to terminate for bfqq, then next
3493          * function causes an immediate update of bfqq's weight,
3494          * without waiting for next activation. As a consequence, on
3495          * expiration, bfqq will be timestamped as if has never been
3496          * weight-raised during this service slot, even if it has
3497          * received part or even most of the service as a
3498          * weight-raised queue. This inflates bfqq's timestamps, which
3499          * is beneficial, as bfqq is then more willing to leave the
3500          * device immediately to possible other weight-raised queues.
3501          */
3502         bfq_update_wr_data(bfqd, bfqq);
3503
3504         /*
3505          * Expire bfqq, pretending that its budget expired, if bfqq
3506          * belongs to CLASS_IDLE and other queues are waiting for
3507          * service.
3508          */
3509         if (bfqd->busy_queues > 1 && bfq_class_idle(bfqq))
3510                 goto expire;
3511
3512         return rq;
3513
3514 expire:
3515         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false, BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED);
3516         return rq;
3517 }
3518
3519 static bool bfq_has_work(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
3520 {
3521         struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
3522
3523         /*
3524          * Avoiding lock: a race on bfqd->busy_queues should cause at
3525          * most a call to dispatch for nothing
3526          */
3527         return !list_empty_careful(&bfqd->dispatch) ||
3528                 bfqd->busy_queues > 0;
3529 }
3530
3531 static struct request *__bfq_dispatch_request(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
3532 {
3533         struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
3534         struct request *rq = NULL;
3535         struct bfq_queue *bfqq = NULL;
3536
3537         if (!list_empty(&bfqd->dispatch)) {
3538                 rq = list_first_entry(&bfqd->dispatch, struct request,
3539                                       queuelist);
3540                 list_del_init(&rq->queuelist);
3541
3542                 bfqq = RQ_BFQQ(rq);
3543
3544                 if (bfqq) {
3545                         /*
3546                          * Increment counters here, because this
3547                          * dispatch does not follow the standard
3548                          * dispatch flow (where counters are
3549                          * incremented)
3550                          */
3551                         bfqq->dispatched++;
3552
3553                         goto inc_in_driver_start_rq;
3554                 }
3555
3556                 /*
3557                  * We exploit the put_rq_private hook to decrement
3558                  * rq_in_driver, but put_rq_private will not be
3559                  * invoked on this request. So, to avoid unbalance,
3560                  * just start this request, without incrementing
3561                  * rq_in_driver. As a negative consequence,
3562                  * rq_in_driver is deceptively lower than it should be
3563                  * while this request is in service. This may cause
3564                  * bfq_schedule_dispatch to be invoked uselessly.
3565                  *
3566                  * As for implementing an exact solution, the
3567                  * put_request hook, if defined, is probably invoked
3568                  * also on this request. So, by exploiting this hook,
3569                  * we could 1) increment rq_in_driver here, and 2)
3570                  * decrement it in put_request. Such a solution would
3571                  * let the value of the counter be always accurate,
3572                  * but it would entail using an extra interface
3573                  * function. This cost seems higher than the benefit,
3574                  * being the frequency of non-elevator-private
3575                  * requests very low.
3576                  */
3577                 goto start_rq;
3578         }
3579
3580         bfq_log(bfqd, "dispatch requests: %d busy queues", bfqd->busy_queues);
3581
3582         if (bfqd->busy_queues == 0)
3583                 goto exit;
3584
3585         /*
3586          * Force device to serve one request at a time if
3587          * strict_guarantees is true. Forcing this service scheme is
3588          * currently the ONLY way to guarantee that the request
3589          * service order enforced by the scheduler is respected by a
3590          * queueing device. Otherwise the device is free even to make
3591          * some unlucky request wait for as long as the device
3592          * wishes.
3593          *
3594          * Of course, serving one request at at time may cause loss of
3595          * throughput.
3596          */
3597         if (bfqd->strict_guarantees && bfqd->rq_in_driver > 0)
3598                 goto exit;
3599
3600         bfqq = bfq_select_queue(bfqd);
3601         if (!bfqq)
3602                 goto exit;
3603
3604         rq = bfq_dispatch_rq_from_bfqq(bfqd, bfqq);
3605
3606         if (rq) {
3607 inc_in_driver_start_rq:
3608                 bfqd->rq_in_driver++;
3609 start_rq:
3610                 rq->rq_flags |= RQF_STARTED;
3611         }
3612 exit:
3613         return rq;
3614 }
3615
3616 static struct request *bfq_dispatch_request(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
3617 {
3618         struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
3619         struct request *rq;
3620
3621         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
3622
3623         rq = __bfq_dispatch_request(hctx);
3624         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
3625
3626         return rq;
3627 }
3628
3629 /*
3630  * Task holds one reference to the queue, dropped when task exits.  Each rq
3631  * in-flight on this queue also holds a reference, dropped when rq is freed.
3632  *
3633  * Scheduler lock must be held here. Recall not to use bfqq after calling
3634  * this function on it.
3635  */
3636 void bfq_put_queue(struct bfq_queue *bfqq)
3637 {
3638 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
3639         struct bfq_group *bfqg = bfqq_group(bfqq);
3640 #endif
3641
3642         if (bfqq->bfqd)
3643                 bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "put_queue: %p %d",
3644                              bfqq, bfqq->ref);
3645
3646         bfqq->ref--;
3647         if (bfqq->ref)
3648                 return;
3649
3650         if (bfq_bfqq_sync(bfqq))
3651                 /*
3652                  * The fact that this queue is being destroyed does not
3653                  * invalidate the fact that this queue may have been
3654                  * activated during the current burst. As a consequence,
3655                  * although the queue does not exist anymore, and hence
3656                  * needs to be removed from the burst list if there,
3657                  * the burst size has not to be decremented.
3658                  */
3659                 hlist_del_init(&bfqq->burst_list_node);
3660
3661         kmem_cache_free(bfq_pool, bfqq);
3662 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
3663         bfqg_put(bfqg);
3664 #endif
3665 }
3666
3667 static void bfq_put_cooperator(struct bfq_queue *bfqq)
3668 {
3669         struct bfq_queue *__bfqq, *next;
3670
3671         /*
3672          * If this queue was scheduled to merge with another queue, be
3673          * sure to drop the reference taken on that queue (and others in
3674          * the merge chain). See bfq_setup_merge and bfq_merge_bfqqs.
3675          */
3676         __bfqq = bfqq->new_bfqq;
3677         while (__bfqq) {
3678                 if (__bfqq == bfqq)
3679                         break;
3680                 next = __bfqq->new_bfqq;
3681                 bfq_put_queue(__bfqq);
3682                 __bfqq = next;
3683         }
3684 }
3685
3686 static void bfq_exit_bfqq(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
3687 {
3688         if (bfqq == bfqd->in_service_queue) {
3689                 __bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq);
3690                 bfq_schedule_dispatch(bfqd);
3691         }
3692
3693         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "exit_bfqq: %p, %d", bfqq, bfqq->ref);
3694
3695         bfq_put_cooperator(bfqq);
3696
3697         bfq_put_queue(bfqq); /* release process reference */
3698 }
3699
3700 static void bfq_exit_icq_bfqq(struct bfq_io_cq *bic, bool is_sync)
3701 {
3702         struct bfq_queue *bfqq = bic_to_bfqq(bic, is_sync);
3703         struct bfq_data *bfqd;
3704
3705         if (bfqq)
3706                 bfqd = bfqq->bfqd; /* NULL if scheduler already exited */
3707
3708         if (bfqq && bfqd) {
3709                 unsigned long flags;
3710
3711                 spin_lock_irqsave(&bfqd->lock, flags);
3712                 bfq_exit_bfqq(bfqd, bfqq);
3713                 bic_set_bfqq(bic, NULL, is_sync);
3714                 spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
3715         }
3716 }
3717
3718 static void bfq_exit_icq(struct io_cq *icq)
3719 {
3720         struct bfq_io_cq *bic = icq_to_bic(icq);
3721
3722         bfq_exit_icq_bfqq(bic, true);
3723         bfq_exit_icq_bfqq(bic, false);
3724 }
3725
3726 /*
3727  * Update the entity prio values; note that the new values will not
3728  * be used until the next (re)activation.
3729  */
3730 static void
3731 bfq_set_next_ioprio_data(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_io_cq *bic)
3732 {
3733         struct task_struct *tsk = current;
3734         int ioprio_class;
3735         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
3736
3737         if (!bfqd)
3738                 return;
3739
3740         ioprio_class = IOPRIO_PRIO_CLASS(bic->ioprio);
3741         switch (ioprio_class) {
3742         default:
3743                 dev_err(bfqq->bfqd->queue->backing_dev_info->dev,
3744                         "bfq: bad prio class %d\n", ioprio_class);
3745         case IOPRIO_CLASS_NONE:
3746                 /*
3747                  * No prio set, inherit CPU scheduling settings.
3748                  */
3749                 bfqq->new_ioprio = task_nice_ioprio(tsk);
3750                 bfqq->new_ioprio_class = task_nice_ioclass(tsk);
3751                 break;
3752         case IOPRIO_CLASS_RT:
3753                 bfqq->new_ioprio = IOPRIO_PRIO_DATA(bic->ioprio);
3754                 bfqq->new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_RT;
3755                 break;
3756         case IOPRIO_CLASS_BE:
3757                 bfqq->new_ioprio = IOPRIO_PRIO_DATA(bic->ioprio);
3758                 bfqq->new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_BE;
3759                 break;
3760         case IOPRIO_CLASS_IDLE:
3761                 bfqq->new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_IDLE;
3762                 bfqq->new_ioprio = 7;
3763                 bfq_clear_bfqq_idle_window(bfqq);
3764                 break;
3765         }
3766
3767         if (bfqq->new_ioprio >= IOPRIO_BE_NR) {
3768                 pr_crit("bfq_set_next_ioprio_data: new_ioprio %d\n",
3769                         bfqq->new_ioprio);
3770                 bfqq->new_ioprio = IOPRIO_BE_NR;
3771         }
3772
3773         bfqq->entity.new_weight = bfq_ioprio_to_weight(bfqq->new_ioprio);
3774         bfqq->entity.prio_changed = 1;
3775 }
3776
3777 static struct bfq_queue *bfq_get_queue(struct bfq_data *bfqd,
3778                                        struct bio *bio, bool is_sync,
3779                                        struct bfq_io_cq *bic);
3780
3781 static void bfq_check_ioprio_change(struct bfq_io_cq *bic, struct bio *bio)
3782 {
3783         struct bfq_data *bfqd = bic_to_bfqd(bic);
3784         struct bfq_queue *bfqq;
3785         int ioprio = bic->icq.ioc->ioprio;
3786
3787         /*
3788          * This condition may trigger on a newly created bic, be sure to
3789          * drop the lock before returning.
3790          */
3791         if (unlikely(!bfqd) || likely(bic->ioprio == ioprio))
3792                 return;
3793
3794         bic->ioprio = ioprio;
3795
3796         bfqq = bic_to_bfqq(bic, false);
3797         if (bfqq) {
3798                 /* release process reference on this queue */
3799                 bfq_put_queue(bfqq);
3800                 bfqq = bfq_get_queue(bfqd, bio, BLK_RW_ASYNC, bic);
3801                 bic_set_bfqq(bic, bfqq, false);
3802         }
3803
3804         bfqq = bic_to_bfqq(bic, true);
3805         if (bfqq)
3806                 bfq_set_next_ioprio_data(bfqq, bic);
3807 }
3808
3809 static void bfq_init_bfqq(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
3810                           struct bfq_io_cq *bic, pid_t pid, int is_sync)
3811 {
3812         RB_CLEAR_NODE(&bfqq->entity.rb_node);
3813         INIT_LIST_HEAD(&bfqq->fifo);
3814         INIT_HLIST_NODE(&bfqq->burst_list_node);
3815
3816         bfqq->ref = 0;
3817         bfqq->bfqd = bfqd;
3818
3819         if (bic)
3820                 bfq_set_next_ioprio_data(bfqq, bic);
3821
3822         if (is_sync) {
3823                 if (!bfq_class_idle(bfqq))
3824                         bfq_mark_bfqq_idle_window(bfqq);
3825                 bfq_mark_bfqq_sync(bfqq);
3826                 bfq_mark_bfqq_just_created(bfqq);
3827         } else
3828                 bfq_clear_bfqq_sync(bfqq);
3829
3830         /* set end request to minus infinity from now */
3831         bfqq->ttime.last_end_request = ktime_get_ns() + 1;
3832
3833         bfq_mark_bfqq_IO_bound(bfqq);
3834
3835         bfqq->pid = pid;
3836
3837         /* Tentative initial value to trade off between thr and lat */
3838         bfqq->max_budget = (2 * bfq_max_budget(bfqd)) / 3;
3839         bfqq->budget_timeout = bfq_smallest_from_now();
3840
3841         bfqq->wr_coeff = 1;
3842         bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
3843         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt = bfq_smallest_from_now();
3844         bfqq->split_time = bfq_smallest_from_now();
3845
3846         /*
3847          * Set to the value for which bfqq will not be deemed as
3848          * soft rt when it becomes backlogged.
3849          */
3850         bfqq->soft_rt_next_start = bfq_greatest_from_now();
3851
3852         /* first request is almost certainly seeky */
3853         bfqq->seek_history = 1;
3854 }
3855
3856 static struct bfq_queue **bfq_async_queue_prio(struct bfq_data *bfqd,
3857                                                struct bfq_group *bfqg,
3858                                                int ioprio_class, int ioprio)
3859 {
3860         switch (ioprio_class) {
3861         case IOPRIO_CLASS_RT:
3862                 return &bfqg->async_bfqq[0][ioprio];
3863         case IOPRIO_CLASS_NONE:
3864                 ioprio = IOPRIO_NORM;
3865                 /* fall through */
3866         case IOPRIO_CLASS_BE:
3867                 return &bfqg->async_bfqq[1][ioprio];
3868         case IOPRIO_CLASS_IDLE:
3869                 return &bfqg->async_idle_bfqq;
3870         default:
3871                 return NULL;
3872         }
3873 }
3874
3875 static struct bfq_queue *bfq_get_queue(struct bfq_data *bfqd,
3876                                        struct bio *bio, bool is_sync,
3877                                        struct bfq_io_cq *bic)
3878 {
3879         const int ioprio = IOPRIO_PRIO_DATA(bic->ioprio);
3880         const int ioprio_class = IOPRIO_PRIO_CLASS(bic->ioprio);
3881         struct bfq_queue **async_bfqq = NULL;
3882         struct bfq_queue *bfqq;
3883         struct bfq_group *bfqg;
3884
3885         rcu_read_lock();
3886
3887         bfqg = bfq_find_set_group(bfqd, bio_blkcg(bio));
3888         if (!bfqg) {
3889                 bfqq = &bfqd->oom_bfqq;
3890                 goto out;
3891         }
3892
3893         if (!is_sync) {
3894                 async_bfqq = bfq_async_queue_prio(bfqd, bfqg, ioprio_class,
3895                                                   ioprio);
3896                 bfqq = *async_bfqq;
3897                 if (bfqq)
3898                         goto out;
3899         }
3900
3901         bfqq = kmem_cache_alloc_node(bfq_pool,
3902                                      GFP_NOWAIT | __GFP_ZERO | __GFP_NOWARN,
3903                                      bfqd->queue->node);
3904
3905         if (bfqq) {
3906                 bfq_init_bfqq(bfqd, bfqq, bic, current->pid,
3907                               is_sync);
3908                 bfq_init_entity(&bfqq->entity, bfqg);
3909                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "allocated");
3910         } else {
3911                 bfqq = &bfqd->oom_bfqq;
3912                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "using oom bfqq");
3913                 goto out;
3914         }
3915
3916         /*
3917          * Pin the queue now that it's allocated, scheduler exit will
3918          * prune it.
3919          */
3920         if (async_bfqq) {
3921                 bfqq->ref++; /*
3922                               * Extra group reference, w.r.t. sync
3923                               * queue. This extra reference is removed
3924                               * only if bfqq->bfqg disappears, to
3925                               * guarantee that this queue is not freed
3926                               * until its group goes away.
3927                               */
3928                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "get_queue, bfqq not in async: %p, %d",
3929                              bfqq, bfqq->ref);
3930                 *async_bfqq = bfqq;
3931         }
3932
3933 out:
3934         bfqq->ref++; /* get a process reference to this queue */
3935         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "get_queue, at end: %p, %d", bfqq, bfqq->ref);
3936         rcu_read_unlock();
3937         return bfqq;
3938 }
3939
3940 static void bfq_update_io_thinktime(struct bfq_data *bfqd,
3941                                     struct bfq_queue *bfqq)
3942 {
3943         struct bfq_ttime *ttime = &bfqq->ttime;
3944         u64 elapsed = ktime_get_ns() - bfqq->ttime.last_end_request;
3945
3946         elapsed = min_t(u64, elapsed, 2ULL * bfqd->bfq_slice_idle);
3947
3948         ttime->ttime_samples = (7*bfqq->ttime.ttime_samples + 256) / 8;
3949         ttime->ttime_total = div_u64(7*ttime->ttime_total + 256*elapsed,  8);
3950         ttime->ttime_mean = div64_ul(ttime->ttime_total + 128,
3951                                      ttime->ttime_samples);
3952 }
3953
3954 static void
3955 bfq_update_io_seektime(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
3956                        struct request *rq)
3957 {
3958         bfqq->seek_history <<= 1;
3959         bfqq->seek_history |=
3960                 get_sdist(bfqq->last_request_pos, rq) > BFQQ_SEEK_THR &&
3961                 (!blk_queue_nonrot(bfqd->queue) ||
3962                  blk_rq_sectors(rq) < BFQQ_SECT_THR_NONROT);
3963 }
3964
3965 /*
3966  * Disable idle window if the process thinks too long or seeks so much that
3967  * it doesn't matter.
3968  */
3969 static void bfq_update_idle_window(struct bfq_data *bfqd,
3970                                    struct bfq_queue *bfqq,
3971                                    struct bfq_io_cq *bic)
3972 {
3973         int enable_idle;
3974
3975         /* Don't idle for async or idle io prio class. */
3976         if (!bfq_bfqq_sync(bfqq) || bfq_class_idle(bfqq))
3977                 return;
3978
3979         /* Idle window just restored, statistics are meaningless. */
3980         if (time_is_after_eq_jiffies(bfqq->split_time +
3981                                      bfqd->bfq_wr_min_idle_time))
3982                 return;
3983
3984         enable_idle = bfq_bfqq_idle_window(bfqq);
3985
3986         if (atomic_read(&bic->icq.ioc->active_ref) == 0 ||
3987             bfqd->bfq_slice_idle == 0 ||
3988                 (bfqd->hw_tag && BFQQ_SEEKY(bfqq) &&
3989                         bfqq->wr_coeff == 1))
3990                 enable_idle = 0;
3991         else if (bfq_sample_valid(bfqq->ttime.ttime_samples)) {
3992                 if (bfqq->ttime.ttime_mean > bfqd->bfq_slice_idle &&
3993                         bfqq->wr_coeff == 1)
3994                         enable_idle = 0;
3995                 else
3996                         enable_idle = 1;
3997         }
3998         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "update_idle_window: enable_idle %d",
3999                 enable_idle);
4000
4001         if (enable_idle)
4002                 bfq_mark_bfqq_idle_window(bfqq);
4003         else
4004                 bfq_clear_bfqq_idle_window(bfqq);
4005 }
4006
4007 /*
4008  * Called when a new fs request (rq) is added to bfqq.  Check if there's
4009  * something we should do about it.
4010  */
4011 static void bfq_rq_enqueued(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
4012                             struct request *rq)
4013 {
4014         struct bfq_io_cq *bic = RQ_BIC(rq);
4015
4016         if (rq->cmd_flags & REQ_META)
4017                 bfqq->meta_pending++;
4018
4019         bfq_update_io_thinktime(bfqd, bfqq);
4020         bfq_update_io_seektime(bfqd, bfqq, rq);
4021         if (bfqq->entity.service > bfq_max_budget(bfqd) / 8 ||
4022             !BFQQ_SEEKY(bfqq))
4023                 bfq_update_idle_window(bfqd, bfqq, bic);
4024
4025         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq,
4026                      "rq_enqueued: idle_window=%d (seeky %d)",
4027                      bfq_bfqq_idle_window(bfqq), BFQQ_SEEKY(bfqq));
4028
4029         bfqq->last_request_pos = blk_rq_pos(rq) + blk_rq_sectors(rq);
4030
4031         if (bfqq == bfqd->in_service_queue && bfq_bfqq_wait_request(bfqq)) {
4032                 bool small_req = bfqq->queued[rq_is_sync(rq)] == 1 &&
4033                                  blk_rq_sectors(rq) < 32;
4034                 bool budget_timeout = bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq);
4035
4036                 /*
4037                  * There is just this request queued: if the request
4038                  * is small and the queue is not to be expired, then
4039                  * just exit.
4040                  *
4041                  * In this way, if the device is being idled to wait
4042                  * for a new request from the in-service queue, we
4043                  * avoid unplugging the device and committing the
4044                  * device to serve just a small request. On the
4045                  * contrary, we wait for the block layer to decide
4046                  * when to unplug the device: hopefully, new requests
4047                  * will be merged to this one quickly, then the device
4048                  * will be unplugged and larger requests will be
4049                  * dispatched.
4050                  */
4051                 if (small_req && !budget_timeout)
4052                         return;
4053
4054                 /*
4055                  * A large enough request arrived, or the queue is to
4056                  * be expired: in both cases disk idling is to be
4057                  * stopped, so clear wait_request flag and reset
4058                  * timer.
4059                  */
4060                 bfq_clear_bfqq_wait_request(bfqq);
4061                 hrtimer_try_to_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
4062                 bfqg_stats_update_idle_time(bfqq_group(bfqq));
4063
4064                 /*
4065                  * The queue is not empty, because a new request just
4066                  * arrived. Hence we can safely expire the queue, in
4067                  * case of budget timeout, without risking that the
4068                  * timestamps of the queue are not updated correctly.
4069                  * See [1] for more details.
4070                  */
4071                 if (budget_timeout)
4072                         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false,
4073                                         BFQQE_BUDGET_TIMEOUT);
4074         }
4075 }
4076
4077 static void __bfq_insert_request(struct bfq_data *bfqd, struct request *rq)
4078 {
4079         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq),
4080                 *new_bfqq = bfq_setup_cooperator(bfqd, bfqq, rq, true);
4081
4082         if (new_bfqq) {
4083                 if (bic_to_bfqq(RQ_BIC(rq), 1) != bfqq)
4084                         new_bfqq = bic_to_bfqq(RQ_BIC(rq), 1);
4085                 /*
4086                  * Release the request's reference to the old bfqq
4087                  * and make sure one is taken to the shared queue.
4088                  */
4089                 new_bfqq->allocated++;
4090                 bfqq->allocated--;
4091                 new_bfqq->ref++;
4092                 bfq_clear_bfqq_just_created(bfqq);
4093                 /*
4094                  * If the bic associated with the process
4095                  * issuing this request still points to bfqq
4096                  * (and thus has not been already redirected
4097                  * to new_bfqq or even some other bfq_queue),
4098                  * then complete the merge and redirect it to
4099                  * new_bfqq.
4100                  */
4101                 if (bic_to_bfqq(RQ_BIC(rq), 1) == bfqq)
4102                         bfq_merge_bfqqs(bfqd, RQ_BIC(rq),
4103                                         bfqq, new_bfqq);
4104                 /*
4105                  * rq is about to be enqueued into new_bfqq,
4106                  * release rq reference on bfqq
4107                  */
4108                 bfq_put_queue(bfqq);
4109                 rq->elv.priv[1] = new_bfqq;
4110                 bfqq = new_bfqq;
4111         }
4112
4113         bfq_add_request(rq);
4114
4115         rq->fifo_time = ktime_get_ns() + bfqd->bfq_fifo_expire[rq_is_sync(rq)];
4116         list_add_tail(&rq->queuelist, &bfqq->fifo);
4117
4118         bfq_rq_enqueued(bfqd, bfqq, rq);
4119 }
4120
4121 static void bfq_insert_request(struct blk_mq_hw_ctx *hctx, struct request *rq,
4122                                bool at_head)
4123 {
4124         struct request_queue *q = hctx->queue;
4125         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
4126
4127         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
4128         if (blk_mq_sched_try_insert_merge(q, rq)) {
4129                 spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
4130                 return;
4131         }
4132
4133         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
4134
4135         blk_mq_sched_request_inserted(rq);
4136
4137         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
4138         if (at_head || blk_rq_is_passthrough(rq)) {
4139                 if (at_head)
4140                         list_add(&rq->queuelist, &bfqd->dispatch);
4141                 else
4142                         list_add_tail(&rq->queuelist, &bfqd->dispatch);
4143         } else {
4144                 __bfq_insert_request(bfqd, rq);
4145
4146                 if (rq_mergeable(rq)) {
4147                         elv_rqhash_add(q, rq);
4148                         if (!q->last_merge)
4149                                 q->last_merge = rq;
4150                 }
4151         }
4152
4153         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
4154 }
4155
4156 static void bfq_insert_requests(struct blk_mq_hw_ctx *hctx,
4157                                 struct list_head *list, bool at_head)
4158 {
4159         while (!list_empty(list)) {
4160                 struct request *rq;
4161
4162                 rq = list_first_entry(list, struct request, queuelist);
4163                 list_del_init(&rq->queuelist);
4164                 bfq_insert_request(hctx, rq, at_head);
4165         }
4166 }
4167
4168 static void bfq_update_hw_tag(struct bfq_data *bfqd)
4169 {
4170         bfqd->max_rq_in_driver = max_t(int, bfqd->max_rq_in_driver,
4171                                        bfqd->rq_in_driver);
4172
4173         if (bfqd->hw_tag == 1)
4174                 return;
4175
4176         /*
4177          * This sample is valid if the number of outstanding requests
4178          * is large enough to allow a queueing behavior.  Note that the
4179          * sum is not exact, as it's not taking into account deactivated
4180          * requests.
4181          */
4182         if (bfqd->rq_in_driver + bfqd->queued < BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD)
4183                 return;
4184
4185         if (bfqd->hw_tag_samples++ < BFQ_HW_QUEUE_SAMPLES)
4186                 return;
4187
4188         bfqd->hw_tag = bfqd->max_rq_in_driver > BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD;
4189         bfqd->max_rq_in_driver = 0;
4190         bfqd->hw_tag_samples = 0;
4191 }
4192
4193 static void bfq_completed_request(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_data *bfqd)
4194 {
4195         u64 now_ns;
4196         u32 delta_us;
4197
4198         bfq_update_hw_tag(bfqd);
4199
4200         bfqd->rq_in_driver--;
4201         bfqq->dispatched--;
4202
4203         if (!bfqq->dispatched && !bfq_bfqq_busy(bfqq)) {
4204                 /*
4205                  * Set budget_timeout (which we overload to store the
4206                  * time at which the queue remains with no backlog and
4207                  * no outstanding request; used by the weight-raising
4208                  * mechanism).
4209                  */
4210                 bfqq->budget_timeout = jiffies;
4211
4212                 bfq_weights_tree_remove(bfqd, &bfqq->entity,
4213                                         &bfqd->queue_weights_tree);
4214         }
4215
4216         now_ns = ktime_get_ns();
4217
4218         bfqq->ttime.last_end_request = now_ns;
4219
4220         /*
4221          * Using us instead of ns, to get a reasonable precision in
4222          * computing rate in next check.
4223          */
4224         delta_us = div_u64(now_ns - bfqd->last_completion, NSEC_PER_USEC);
4225
4226         /*
4227          * If the request took rather long to complete, and, according
4228          * to the maximum request size recorded, this completion latency
4229          * implies that the request was certainly served at a very low
4230          * rate (less than 1M sectors/sec), then the whole observation
4231          * interval that lasts up to this time instant cannot be a
4232          * valid time interval for computing a new peak rate.  Invoke
4233          * bfq_update_rate_reset to have the following three steps
4234          * taken:
4235          * - close the observation interval at the last (previous)
4236          *   request dispatch or completion
4237          * - compute rate, if possible, for that observation interval
4238          * - reset to zero samples, which will trigger a proper
4239          *   re-initialization of the observation interval on next
4240          *   dispatch
4241          */
4242         if (delta_us > BFQ_MIN_TT/NSEC_PER_USEC &&
4243            (bfqd->last_rq_max_size<<BFQ_RATE_SHIFT)/delta_us <
4244                         1UL<<(BFQ_RATE_SHIFT - 10))
4245                 bfq_update_rate_reset(bfqd, NULL);
4246         bfqd->last_completion = now_ns;
4247
4248         /*
4249          * If we are waiting to discover whether the request pattern
4250          * of the task associated with the queue is actually
4251          * isochronous, and both requisites for this condition to hold
4252          * are now satisfied, then compute soft_rt_next_start (see the
4253          * comments on the function bfq_bfqq_softrt_next_start()). We
4254          * schedule this delayed check when bfqq expires, if it still
4255          * has in-flight requests.
4256          */
4257         if (bfq_bfqq_softrt_update(bfqq) && bfqq->dispatched == 0 &&
4258             RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list))
4259                 bfqq->soft_rt_next_start =
4260                         bfq_bfqq_softrt_next_start(bfqd, bfqq);
4261
4262         /*
4263          * If this is the in-service queue, check if it needs to be expired,
4264          * or if we want to idle in case it has no pending requests.
4265          */
4266         if (bfqd->in_service_queue == bfqq) {
4267                 if (bfqq->dispatched == 0 && bfq_bfqq_must_idle(bfqq)) {
4268                         bfq_arm_slice_timer(bfqd);
4269                         return;
4270                 } else if (bfq_may_expire_for_budg_timeout(bfqq))
4271                         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false,
4272                                         BFQQE_BUDGET_TIMEOUT);
4273                 else if (RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) &&
4274                          (bfqq->dispatched == 0 ||
4275                           !bfq_bfqq_may_idle(bfqq)))
4276                         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false,
4277                                         BFQQE_NO_MORE_REQUESTS);
4278         }
4279 }
4280
4281 static void bfq_put_rq_priv_body(struct bfq_queue *bfqq)
4282 {
4283         bfqq->allocated--;
4284
4285         bfq_put_queue(bfqq);
4286 }
4287
4288 static void bfq_put_rq_private(struct request_queue *q, struct request *rq)
4289 {
4290         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
4291         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
4292
4293         if (rq->rq_flags & RQF_STARTED)
4294                 bfqg_stats_update_completion(bfqq_group(bfqq),
4295                                              rq_start_time_ns(rq),
4296                                              rq_io_start_time_ns(rq),
4297                                              rq->cmd_flags);
4298
4299         if (likely(rq->rq_flags & RQF_STARTED)) {
4300                 unsigned long flags;
4301
4302                 spin_lock_irqsave(&bfqd->lock, flags);
4303
4304                 bfq_completed_request(bfqq, bfqd);
4305                 bfq_put_rq_priv_body(bfqq);
4306
4307                 spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
4308         } else {
4309                 /*
4310                  * Request rq may be still/already in the scheduler,
4311                  * in which case we need to remove it. And we cannot
4312                  * defer such a check and removal, to avoid
4313                  * inconsistencies in the time interval from the end
4314                  * of this function to the start of the deferred work.
4315                  * This situation seems to occur only in process
4316                  * context, as a consequence of a merge. In the
4317                  * current version of the code, this implies that the
4318                  * lock is held.
4319                  */
4320
4321                 if (!RB_EMPTY_NODE(&rq->rb_node))
4322                         bfq_remove_request(q, rq);
4323                 bfq_put_rq_priv_body(bfqq);
4324         }
4325
4326         rq->elv.priv[0] = NULL;
4327         rq->elv.priv[1] = NULL;
4328 }
4329
4330 /*
4331  * Returns NULL if a new bfqq should be allocated, or the old bfqq if this
4332  * was the last process referring to that bfqq.
4333  */
4334 static struct bfq_queue *
4335 bfq_split_bfqq(struct bfq_io_cq *bic, struct bfq_queue *bfqq)
4336 {
4337         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "splitting queue");
4338
4339         if (bfqq_process_refs(bfqq) == 1) {
4340                 bfqq->pid = current->pid;
4341                 bfq_clear_bfqq_coop(bfqq);
4342                 bfq_clear_bfqq_split_coop(bfqq);
4343                 return bfqq;
4344         }
4345
4346         bic_set_bfqq(bic, NULL, 1);
4347
4348         bfq_put_cooperator(bfqq);
4349
4350         bfq_put_queue(bfqq);
4351         return NULL;
4352 }
4353
4354 static struct bfq_queue *bfq_get_bfqq_handle_split(struct bfq_data *bfqd,
4355                                                    struct bfq_io_cq *bic,
4356                                                    struct bio *bio,
4357                                                    bool split, bool is_sync,
4358                                                    bool *new_queue)
4359 {
4360         struct bfq_queue *bfqq = bic_to_bfqq(bic, is_sync);
4361
4362         if (likely(bfqq && bfqq != &bfqd->oom_bfqq))
4363                 return bfqq;
4364
4365         if (new_queue)
4366                 *new_queue = true;
4367
4368         if (bfqq)
4369                 bfq_put_queue(bfqq);
4370         bfqq = bfq_get_queue(bfqd, bio, is_sync, bic);
4371
4372         bic_set_bfqq(bic, bfqq, is_sync);
4373         if (split && is_sync) {
4374                 if ((bic->was_in_burst_list && bfqd->large_burst) ||
4375                     bic->saved_in_large_burst)
4376                         bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq);
4377                 else {
4378                         bfq_clear_bfqq_in_large_burst(bfqq);
4379                         if (bic->was_in_burst_list)
4380                                 hlist_add_head(&bfqq->burst_list_node,
4381                                                &bfqd->burst_list);
4382                 }
4383                 bfqq->split_time = jiffies;
4384         }
4385
4386         return bfqq;
4387 }
4388
4389 /*
4390  * Allocate bfq data structures associated with this request.
4391  */
4392 static int bfq_get_rq_private(struct request_queue *q, struct request *rq,
4393                               struct bio *bio)
4394 {
4395         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
4396         struct bfq_io_cq *bic = icq_to_bic(rq->elv.icq);
4397         const int is_sync = rq_is_sync(rq);
4398         struct bfq_queue *bfqq;
4399         bool new_queue = false;
4400         bool split = false;
4401
4402         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
4403
4404         if (!bic)
4405                 goto queue_fail;
4406
4407         bfq_check_ioprio_change(bic, bio);
4408
4409         bfq_bic_update_cgroup(bic, bio);
4410
4411         bfqq = bfq_get_bfqq_handle_split(bfqd, bic, bio, false, is_sync,
4412                                          &new_queue);
4413
4414         if (likely(!new_queue)) {
4415                 /* If the queue was seeky for too long, break it apart. */
4416                 if (bfq_bfqq_coop(bfqq) && bfq_bfqq_split_coop(bfqq)) {
4417                         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "breaking apart bfqq");
4418
4419                         /* Update bic before losing reference to bfqq */
4420                         if (bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq))
4421                                 bic->saved_in_large_burst = true;
4422
4423                         bfqq = bfq_split_bfqq(bic, bfqq);
4424                         split = true;
4425
4426                         if (!bfqq)
4427                                 bfqq = bfq_get_bfqq_handle_split(bfqd, bic, bio,
4428                                                                  true, is_sync,
4429                                                                  NULL);
4430                 }
4431         }
4432
4433         bfqq->allocated++;
4434         bfqq->ref++;
4435         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "get_request %p: bfqq %p, %d",
4436                      rq, bfqq, bfqq->ref);
4437
4438         rq->elv.priv[0] = bic;
4439         rq->elv.priv[1] = bfqq;
4440
4441         /*
4442          * If a bfq_queue has only one process reference, it is owned
4443          * by only this bic: we can then set bfqq->bic = bic. in
4444          * addition, if the queue has also just been split, we have to
4445          * resume its state.
4446          */
4447         if (likely(bfqq != &bfqd->oom_bfqq) && bfqq_process_refs(bfqq) == 1) {
4448                 bfqq->bic = bic;
4449                 if (split) {
4450                         /*
4451                          * The queue has just been split from a shared
4452                          * queue: restore the idle window and the
4453                          * possible weight raising period.
4454                          */
4455                         bfq_bfqq_resume_state(bfqq, bic);
4456                 }
4457         }
4458
4459         if (unlikely(bfq_bfqq_just_created(bfqq)))
4460                 bfq_handle_burst(bfqd, bfqq);
4461
4462         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
4463
4464         return 0;
4465
4466 queue_fail:
4467         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
4468
4469         return 1;
4470 }
4471
4472 static void bfq_idle_slice_timer_body(struct bfq_queue *bfqq)
4473 {
4474         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
4475         enum bfqq_expiration reason;
4476         unsigned long flags;
4477
4478         spin_lock_irqsave(&bfqd->lock, flags);
4479         bfq_clear_bfqq_wait_request(bfqq);
4480
4481         if (bfqq != bfqd->in_service_queue) {
4482                 spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
4483                 return;
4484         }
4485
4486         if (bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq))
4487                 /*
4488                  * Also here the queue can be safely expired
4489                  * for budget timeout without wasting
4490                  * guarantees
4491                  */
4492                 reason = BFQQE_BUDGET_TIMEOUT;
4493         else if (bfqq->queued[0] == 0 && bfqq->queued[1] == 0)
4494                 /*
4495                  * The queue may not be empty upon timer expiration,
4496                  * because we may not disable the timer when the
4497                  * first request of the in-service queue arrives
4498                  * during disk idling.
4499                  */
4500                 reason = BFQQE_TOO_IDLE;
4501         else
4502                 goto schedule_dispatch;
4503
4504         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, true, reason);
4505
4506 schedule_dispatch:
4507         spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
4508         bfq_schedule_dispatch(bfqd);
4509 }
4510
4511 /*
4512  * Handler of the expiration of the timer running if the in-service queue
4513  * is idling inside its time slice.
4514  */
4515 static enum hrtimer_restart bfq_idle_slice_timer(struct hrtimer *timer)
4516 {
4517         struct bfq_data *bfqd = container_of(timer, struct bfq_data,
4518                                              idle_slice_timer);
4519         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->in_service_queue;
4520
4521         /*
4522          * Theoretical race here: the in-service queue can be NULL or
4523          * different from the queue that was idling if a new request
4524          * arrives for the current queue and there is a full dispatch
4525          * cycle that changes the in-service queue.  This can hardly
4526          * happen, but in the worst case we just expire a queue too
4527          * early.
4528          */
4529         if (bfqq)
4530                 bfq_idle_slice_timer_body(bfqq);
4531
4532         return HRTIMER_NORESTART;
4533 }
4534
4535 static void __bfq_put_async_bfqq(struct bfq_data *bfqd,
4536                                  struct bfq_queue **bfqq_ptr)
4537 {
4538         struct bfq_queue *bfqq = *bfqq_ptr;
4539
4540         bfq_log(bfqd, "put_async_bfqq: %p", bfqq);
4541         if (bfqq) {
4542                 bfq_bfqq_move(bfqd, bfqq, bfqd->root_group);
4543
4544                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "put_async_bfqq: putting %p, %d",
4545                              bfqq, bfqq->ref);
4546                 bfq_put_queue(bfqq);
4547                 *bfqq_ptr = NULL;
4548         }
4549 }
4550
4551 /*
4552  * Release all the bfqg references to its async queues.  If we are
4553  * deallocating the group these queues may still contain requests, so
4554  * we reparent them to the root cgroup (i.e., the only one that will
4555  * exist for sure until all the requests on a device are gone).
4556  */
4557 void bfq_put_async_queues(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_group *bfqg)
4558 {
4559         int i, j;
4560
4561         for (i = 0; i < 2; i++)
4562                 for (j = 0; j < IOPRIO_BE_NR; j++)
4563                         __bfq_put_async_bfqq(bfqd, &bfqg->async_bfqq[i][j]);
4564
4565         __bfq_put_async_bfqq(bfqd, &bfqg->async_idle_bfqq);
4566 }
4567
4568 static void bfq_exit_queue(struct elevator_queue *e)
4569 {
4570         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
4571         struct bfq_queue *bfqq, *n;
4572
4573         hrtimer_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
4574
4575         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
4576         list_for_each_entry_safe(bfqq, n, &bfqd->idle_list, bfqq_list)
4577                 bfq_deactivate_bfqq(bfqd, bfqq, false, false);
4578         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
4579
4580         hrtimer_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
4581
4582 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
4583         blkcg_deactivate_policy(bfqd->queue, &blkcg_policy_bfq);
4584 #else
4585         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
4586         bfq_put_async_queues(bfqd, bfqd->root_group);
4587         kfree(bfqd->root_group);
4588         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
4589 #endif
4590
4591         kfree(bfqd);
4592 }
4593
4594 static void bfq_init_root_group(struct bfq_group *root_group,
4595                                 struct bfq_data *bfqd)
4596 {
4597         int i;
4598
4599 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
4600         root_group->entity.parent = NULL;
4601         root_group->my_entity = NULL;
4602         root_group->bfqd = bfqd;
4603 #endif
4604         root_group->rq_pos_tree = RB_ROOT;
4605         for (i = 0; i < BFQ_IOPRIO_CLASSES; i++)
4606                 root_group->sched_data.service_tree[i] = BFQ_SERVICE_TREE_INIT;
4607         root_group->sched_data.bfq_class_idle_last_service = jiffies;
4608 }
4609
4610 static int bfq_init_queue(struct request_queue *q, struct elevator_type *e)
4611 {
4612         struct bfq_data *bfqd;
4613         struct elevator_queue *eq;
4614
4615         eq = elevator_alloc(q, e);
4616         if (!eq)
4617                 return -ENOMEM;
4618
4619         bfqd = kzalloc_node(sizeof(*bfqd), GFP_KERNEL, q->node);
4620         if (!bfqd) {
4621                 kobject_put(&eq->kobj);
4622                 return -ENOMEM;
4623         }
4624         eq->elevator_data = bfqd;
4625
4626         spin_lock_irq(q->queue_lock);
4627         q->elevator = eq;
4628         spin_unlock_irq(q->queue_lock);
4629
4630         /*
4631          * Our fallback bfqq if bfq_find_alloc_queue() runs into OOM issues.
4632          * Grab a permanent reference to it, so that the normal code flow
4633          * will not attempt to free it.
4634          */
4635         bfq_init_bfqq(bfqd, &bfqd->oom_bfqq, NULL, 1, 0);
4636         bfqd->oom_bfqq.ref++;
4637         bfqd->oom_bfqq.new_ioprio = BFQ_DEFAULT_QUEUE_IOPRIO;
4638         bfqd->oom_bfqq.new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_BE;
4639         bfqd->oom_bfqq.entity.new_weight =
4640                 bfq_ioprio_to_weight(bfqd->oom_bfqq.new_ioprio);
4641
4642         /* oom_bfqq does not participate to bursts */
4643         bfq_clear_bfqq_just_created(&bfqd->oom_bfqq);
4644
4645         /*
4646          * Trigger weight initialization, according to ioprio, at the
4647          * oom_bfqq's first activation. The oom_bfqq's ioprio and ioprio
4648          * class won't be changed any more.
4649          */
4650         bfqd->oom_bfqq.entity.prio_changed = 1;
4651
4652         bfqd->queue = q;
4653
4654         INIT_LIST_HEAD(&bfqd->dispatch);
4655
4656         hrtimer_init(&bfqd->idle_slice_timer, CLOCK_MONOTONIC,
4657                      HRTIMER_MODE_REL);
4658         bfqd->idle_slice_timer.function = bfq_idle_slice_timer;
4659
4660         bfqd->queue_weights_tree = RB_ROOT;
4661         bfqd->group_weights_tree = RB_ROOT;
4662
4663         INIT_LIST_HEAD(&bfqd->active_list);
4664         INIT_LIST_HEAD(&bfqd->idle_list);
4665         INIT_HLIST_HEAD(&bfqd->burst_list);
4666
4667         bfqd->hw_tag = -1;
4668
4669         bfqd->bfq_max_budget = bfq_default_max_budget;
4670
4671         bfqd->bfq_fifo_expire[0] = bfq_fifo_expire[0];
4672         bfqd->bfq_fifo_expire[1] = bfq_fifo_expire[1];
4673         bfqd->bfq_back_max = bfq_back_max;
4674         bfqd->bfq_back_penalty = bfq_back_penalty;
4675         bfqd->bfq_slice_idle = bfq_slice_idle;
4676         bfqd->bfq_timeout = bfq_timeout;
4677
4678         bfqd->bfq_requests_within_timer = 120;
4679
4680         bfqd->bfq_large_burst_thresh = 8;
4681         bfqd->bfq_burst_interval = msecs_to_jiffies(180);
4682
4683         bfqd->low_latency = true;
4684
4685         /*
4686          * Trade-off between responsiveness and fairness.
4687          */
4688         bfqd->bfq_wr_coeff = 30;
4689         bfqd->bfq_wr_rt_max_time = msecs_to_jiffies(300);
4690         bfqd->bfq_wr_max_time = 0;
4691         bfqd->bfq_wr_min_idle_time = msecs_to_jiffies(2000);
4692         bfqd->bfq_wr_min_inter_arr_async = msecs_to_jiffies(500);
4693         bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate = 7000; /*
4694                                               * Approximate rate required
4695                                               * to playback or record a
4696                                               * high-definition compressed
4697                                               * video.
4698                                               */
4699         bfqd->wr_busy_queues = 0;
4700
4701         /*
4702          * Begin by assuming, optimistically, that the device is a
4703          * high-speed one, and that its peak rate is equal to 2/3 of
4704          * the highest reference rate.
4705          */
4706         bfqd->RT_prod = R_fast[blk_queue_nonrot(bfqd->queue)] *
4707                         T_fast[blk_queue_nonrot(bfqd->queue)];
4708         bfqd->peak_rate = R_fast[blk_queue_nonrot(bfqd->queue)] * 2 / 3;
4709         bfqd->device_speed = BFQ_BFQD_FAST;
4710
4711         spin_lock_init(&bfqd->lock);
4712
4713         /*
4714          * The invocation of the next bfq_create_group_hierarchy
4715          * function is the head of a chain of function calls
4716          * (bfq_create_group_hierarchy->blkcg_activate_policy->
4717          * blk_mq_freeze_queue) that may lead to the invocation of the
4718          * has_work hook function. For this reason,
4719          * bfq_create_group_hierarchy is invoked only after all
4720          * scheduler data has been initialized, apart from the fields
4721          * that can be initialized only after invoking
4722          * bfq_create_group_hierarchy. This, in particular, enables
4723          * has_work to correctly return false. Of course, to avoid
4724          * other inconsistencies, the blk-mq stack must then refrain
4725          * from invoking further scheduler hooks before this init
4726          * function is finished.
4727          */
4728         bfqd->root_group = bfq_create_group_hierarchy(bfqd, q->node);
4729         if (!bfqd->root_group)
4730                 goto out_free;
4731         bfq_init_root_group(bfqd->root_group, bfqd);
4732         bfq_init_entity(&bfqd->oom_bfqq.entity, bfqd->root_group);
4733
4734
4735         return 0;
4736
4737 out_free:
4738         kfree(bfqd);
4739         kobject_put(&eq->kobj);
4740         return -ENOMEM;
4741 }
4742
4743 static void bfq_slab_kill(void)
4744 {
4745         kmem_cache_destroy(bfq_pool);
4746 }
4747
4748 static int __init bfq_slab_setup(void)
4749 {
4750         bfq_pool = KMEM_CACHE(bfq_queue, 0);
4751         if (!bfq_pool)
4752                 return -ENOMEM;
4753         return 0;
4754 }
4755
4756 static ssize_t bfq_var_show(unsigned int var, char *page)
4757 {
4758         return sprintf(page, "%u\n", var);
4759 }
4760
4761 static ssize_t bfq_var_store(unsigned long *var, const char *page,
4762                              size_t count)
4763 {
4764         unsigned long new_val;
4765         int ret = kstrtoul(page, 10, &new_val);
4766
4767         if (ret == 0)
4768                 *var = new_val;
4769
4770         return count;
4771 }
4772
4773 #define SHOW_FUNCTION(__FUNC, __VAR, __CONV)                            \
4774 static ssize_t __FUNC(struct elevator_queue *e, char *page)             \
4775 {                                                                       \
4776         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
4777         u64 __data = __VAR;                                             \
4778         if (__CONV == 1)                                                \
4779                 __data = jiffies_to_msecs(__data);                      \
4780         else if (__CONV == 2)                                           \
4781                 __data = div_u64(__data, NSEC_PER_MSEC);                \
4782         return bfq_var_show(__data, (page));                            \
4783 }
4784 SHOW_FUNCTION(bfq_fifo_expire_sync_show, bfqd->bfq_fifo_expire[1], 2);
4785 SHOW_FUNCTION(bfq_fifo_expire_async_show, bfqd->bfq_fifo_expire[0], 2);
4786 SHOW_FUNCTION(bfq_back_seek_max_show, bfqd->bfq_back_max, 0);
4787 SHOW_FUNCTION(bfq_back_seek_penalty_show, bfqd->bfq_back_penalty, 0);
4788 SHOW_FUNCTION(bfq_slice_idle_show, bfqd->bfq_slice_idle, 2);
4789 SHOW_FUNCTION(bfq_max_budget_show, bfqd->bfq_user_max_budget, 0);
4790 SHOW_FUNCTION(bfq_timeout_sync_show, bfqd->bfq_timeout, 1);
4791 SHOW_FUNCTION(bfq_strict_guarantees_show, bfqd->strict_guarantees, 0);
4792 SHOW_FUNCTION(bfq_low_latency_show, bfqd->low_latency, 0);
4793 #undef SHOW_FUNCTION
4794
4795 #define USEC_SHOW_FUNCTION(__FUNC, __VAR)                               \
4796 static ssize_t __FUNC(struct elevator_queue *e, char *page)             \
4797 {                                                                       \
4798         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
4799         u64 __data = __VAR;                                             \
4800         __data = div_u64(__data, NSEC_PER_USEC);                        \
4801         return bfq_var_show(__data, (page));                            \
4802 }
4803 USEC_SHOW_FUNCTION(bfq_slice_idle_us_show, bfqd->bfq_slice_idle);
4804 #undef USEC_SHOW_FUNCTION
4805
4806 #define STORE_FUNCTION(__FUNC, __PTR, MIN, MAX, __CONV)                 \
4807 static ssize_t                                                          \
4808 __FUNC(struct elevator_queue *e, const char *page, size_t count)        \
4809 {                                                                       \
4810         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
4811         unsigned long uninitialized_var(__data);                        \
4812         int ret = bfq_var_store(&__data, (page), count);                \
4813         if (__data < (MIN))                                             \
4814                 __data = (MIN);                                         \
4815         else if (__data > (MAX))                                        \
4816                 __data = (MAX);                                         \
4817         if (__CONV == 1)                                                \
4818                 *(__PTR) = msecs_to_jiffies(__data);                    \
4819         else if (__CONV == 2)                                           \
4820                 *(__PTR) = (u64)__data * NSEC_PER_MSEC;                 \
4821         else                                                            \
4822                 *(__PTR) = __data;                                      \
4823         return ret;                                                     \
4824 }
4825 STORE_FUNCTION(bfq_fifo_expire_sync_store, &bfqd->bfq_fifo_expire[1], 1,
4826                 INT_MAX, 2);
4827 STORE_FUNCTION(bfq_fifo_expire_async_store, &bfqd->bfq_fifo_expire[0], 1,
4828                 INT_MAX, 2);
4829 STORE_FUNCTION(bfq_back_seek_max_store, &bfqd->bfq_back_max, 0, INT_MAX, 0);
4830 STORE_FUNCTION(bfq_back_seek_penalty_store, &bfqd->bfq_back_penalty, 1,
4831                 INT_MAX, 0);
4832 STORE_FUNCTION(bfq_slice_idle_store, &bfqd->bfq_slice_idle, 0, INT_MAX, 2);
4833 #undef STORE_FUNCTION
4834
4835 #define USEC_STORE_FUNCTION(__FUNC, __PTR, MIN, MAX)                    \
4836 static ssize_t __FUNC(struct elevator_queue *e, const char *page, size_t count)\
4837 {                                                                       \
4838         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
4839         unsigned long uninitialized_var(__data);                        \
4840         int ret = bfq_var_store(&__data, (page), count);                \
4841         if (__data < (MIN))                                             \
4842                 __data = (MIN);                                         \
4843         else if (__data > (MAX))                                        \
4844                 __data = (MAX);                                         \
4845         *(__PTR) = (u64)__data * NSEC_PER_USEC;                         \
4846         return ret;                                                     \
4847 }
4848 USEC_STORE_FUNCTION(bfq_slice_idle_us_store, &bfqd->bfq_slice_idle, 0,
4849                     UINT_MAX);
4850 #undef USEC_STORE_FUNCTION
4851
4852 static ssize_t bfq_max_budget_store(struct elevator_queue *e,
4853                                     const char *page, size_t count)
4854 {
4855         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
4856         unsigned long uninitialized_var(__data);
4857         int ret = bfq_var_store(&__data, (page), count);
4858
4859         if (__data == 0)
4860                 bfqd->bfq_max_budget = bfq_calc_max_budget(bfqd);
4861         else {
4862                 if (__data > INT_MAX)
4863                         __data = INT_MAX;
4864                 bfqd->bfq_max_budget = __data;
4865         }
4866
4867         bfqd->bfq_user_max_budget = __data;
4868
4869         return ret;
4870 }
4871
4872 /*
4873  * Leaving this name to preserve name compatibility with cfq
4874  * parameters, but this timeout is used for both sync and async.
4875  */
4876 static ssize_t bfq_timeout_sync_store(struct elevator_queue *e,
4877                                       const char *page, size_t count)
4878 {
4879         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
4880         unsigned long uninitialized_var(__data);
4881         int ret = bfq_var_store(&__data, (page), count);
4882
4883         if (__data < 1)
4884                 __data = 1;
4885         else if (__data > INT_MAX)
4886                 __data = INT_MAX;
4887
4888         bfqd->bfq_timeout = msecs_to_jiffies(__data);
4889         if (bfqd->bfq_user_max_budget == 0)
4890                 bfqd->bfq_max_budget = bfq_calc_max_budget(bfqd);
4891
4892         return ret;
4893 }
4894
4895 static ssize_t bfq_strict_guarantees_store(struct elevator_queue *e,
4896                                      const char *page, size_t count)
4897 {
4898         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
4899         unsigned long uninitialized_var(__data);
4900         int ret = bfq_var_store(&__data, (page), count);
4901
4902         if (__data > 1)
4903                 __data = 1;
4904         if (!bfqd->strict_guarantees && __data == 1
4905             && bfqd->bfq_slice_idle < 8 * NSEC_PER_MSEC)
4906                 bfqd->bfq_slice_idle = 8 * NSEC_PER_MSEC;
4907
4908         bfqd->strict_guarantees = __data;
4909
4910         return ret;
4911 }
4912
4913 static ssize_t bfq_low_latency_store(struct elevator_queue *e,
4914                                      const char *page, size_t count)
4915 {
4916         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
4917         unsigned long uninitialized_var(__data);
4918         int ret = bfq_var_store(&__data, (page), count);
4919
4920         if (__data > 1)
4921                 __data = 1;
4922         if (__data == 0 && bfqd->low_latency != 0)
4923                 bfq_end_wr(bfqd);
4924         bfqd->low_latency = __data;
4925
4926         return ret;
4927 }
4928
4929 #define BFQ_ATTR(name) \
4930         __ATTR(name, 0644, bfq_##name##_show, bfq_##name##_store)
4931
4932 static struct elv_fs_entry bfq_attrs[] = {
4933         BFQ_ATTR(fifo_expire_sync),
4934         BFQ_ATTR(fifo_expire_async),
4935         BFQ_ATTR(back_seek_max),
4936         BFQ_ATTR(back_seek_penalty),
4937         BFQ_ATTR(slice_idle),
4938         BFQ_ATTR(slice_idle_us),
4939         BFQ_ATTR(max_budget),
4940         BFQ_ATTR(timeout_sync),
4941         BFQ_ATTR(strict_guarantees),
4942         BFQ_ATTR(low_latency),
4943         __ATTR_NULL
4944 };
4945
4946 static struct elevator_type iosched_bfq_mq = {
4947         .ops.mq = {
4948                 .get_rq_priv            = bfq_get_rq_private,
4949                 .put_rq_priv            = bfq_put_rq_private,
4950                 .exit_icq               = bfq_exit_icq,
4951                 .insert_requests        = bfq_insert_requests,
4952                 .dispatch_request       = bfq_dispatch_request,
4953                 .next_request           = elv_rb_latter_request,
4954                 .former_request         = elv_rb_former_request,
4955                 .allow_merge            = bfq_allow_bio_merge,
4956                 .bio_merge              = bfq_bio_merge,
4957                 .request_merge          = bfq_request_merge,
4958                 .requests_merged        = bfq_requests_merged,
4959                 .request_merged         = bfq_request_merged,
4960                 .has_work               = bfq_has_work,
4961                 .init_sched             = bfq_init_queue,
4962                 .exit_sched             = bfq_exit_queue,
4963         },
4964
4965         .uses_mq =              true,
4966         .icq_size =             sizeof(struct bfq_io_cq),
4967         .icq_align =            __alignof__(struct bfq_io_cq),
4968         .elevator_attrs =       bfq_attrs,
4969         .elevator_name =        "bfq",
4970         .elevator_owner =       THIS_MODULE,
4971 };
4972
4973 static int __init bfq_init(void)
4974 {
4975         int ret;
4976
4977 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
4978         ret = blkcg_policy_register(&blkcg_policy_bfq);
4979         if (ret)
4980                 return ret;
4981 #endif
4982
4983         ret = -ENOMEM;
4984         if (bfq_slab_setup())
4985                 goto err_pol_unreg;
4986
4987         /*
4988          * Times to load large popular applications for the typical
4989          * systems installed on the reference devices (see the
4990          * comments before the definitions of the next two
4991          * arrays). Actually, we use slightly slower values, as the
4992          * estimated peak rate tends to be smaller than the actual
4993          * peak rate.  The reason for this last fact is that estimates
4994          * are computed over much shorter time intervals than the long
4995          * intervals typically used for benchmarking. Why? First, to
4996          * adapt more quickly to variations. Second, because an I/O
4997          * scheduler cannot rely on a peak-rate-evaluation workload to
4998          * be run for a long time.
4999          */
5000         T_slow[0] = msecs_to_jiffies(3500); /* actually 4 sec */
5001         T_slow[1] = msecs_to_jiffies(6000); /* actually 6.5 sec */
5002         T_fast[0] = msecs_to_jiffies(7000); /* actually 8 sec */
5003         T_fast[1] = msecs_to_jiffies(2500); /* actually 3 sec */
5004
5005         /*
5006          * Thresholds that determine the switch between speed classes
5007          * (see the comments before the definition of the array
5008          * device_speed_thresh). These thresholds are biased towards
5009          * transitions to the fast class. This is safer than the
5010          * opposite bias. In fact, a wrong transition to the slow
5011          * class results in short weight-raising periods, because the
5012          * speed of the device then tends to be higher that the
5013          * reference peak rate. On the opposite end, a wrong
5014          * transition to the fast class tends to increase
5015          * weight-raising periods, because of the opposite reason.
5016          */
5017         device_speed_thresh[0] = (4 * R_slow[0]) / 3;
5018         device_speed_thresh[1] = (4 * R_slow[1]) / 3;
5019
5020         ret = elv_register(&iosched_bfq_mq);
5021         if (ret)
5022                 goto err_pol_unreg;
5023
5024         return 0;
5025
5026 err_pol_unreg:
5027 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
5028         blkcg_policy_unregister(&blkcg_policy_bfq);
5029 #endif
5030         return ret;
5031 }
5032
5033 static void __exit bfq_exit(void)
5034 {
5035         elv_unregister(&iosched_bfq_mq);
5036 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
5037         blkcg_policy_unregister(&blkcg_policy_bfq);
5038 #endif
5039         bfq_slab_kill();
5040 }
5041
5042 module_init(bfq_init);
5043 module_exit(bfq_exit);
5044
5045 MODULE_AUTHOR("Paolo Valente");
5046 MODULE_LICENSE("GPL");
5047 MODULE_DESCRIPTION("MQ Budget Fair Queueing I/O Scheduler");