Merge tag 'vfio-v4.15-rc1' of git://github.com/awilliam/linux-vfio
[sfrench/cifs-2.6.git] / block / bfq-iosched.c
1 /*
2  * Budget Fair Queueing (BFQ) I/O scheduler.
3  *
4  * Based on ideas and code from CFQ:
5  * Copyright (C) 2003 Jens Axboe <axboe@kernel.dk>
6  *
7  * Copyright (C) 2008 Fabio Checconi <fabio@gandalf.sssup.it>
8  *                    Paolo Valente <paolo.valente@unimore.it>
9  *
10  * Copyright (C) 2010 Paolo Valente <paolo.valente@unimore.it>
11  *                    Arianna Avanzini <avanzini@google.com>
12  *
13  * Copyright (C) 2017 Paolo Valente <paolo.valente@linaro.org>
14  *
15  *  This program is free software; you can redistribute it and/or
16  *  modify it under the terms of the GNU General Public License as
17  *  published by the Free Software Foundation; either version 2 of the
18  *  License, or (at your option) any later version.
19  *
20  *  This program is distributed in the hope that it will be useful,
21  *  but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
22  *  MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
23  *  General Public License for more details.
24  *
25  * BFQ is a proportional-share I/O scheduler, with some extra
26  * low-latency capabilities. BFQ also supports full hierarchical
27  * scheduling through cgroups. Next paragraphs provide an introduction
28  * on BFQ inner workings. Details on BFQ benefits, usage and
29  * limitations can be found in Documentation/block/bfq-iosched.txt.
30  *
31  * BFQ is a proportional-share storage-I/O scheduling algorithm based
32  * on the slice-by-slice service scheme of CFQ. But BFQ assigns
33  * budgets, measured in number of sectors, to processes instead of
34  * time slices. The device is not granted to the in-service process
35  * for a given time slice, but until it has exhausted its assigned
36  * budget. This change from the time to the service domain enables BFQ
37  * to distribute the device throughput among processes as desired,
38  * without any distortion due to throughput fluctuations, or to device
39  * internal queueing. BFQ uses an ad hoc internal scheduler, called
40  * B-WF2Q+, to schedule processes according to their budgets. More
41  * precisely, BFQ schedules queues associated with processes. Each
42  * process/queue is assigned a user-configurable weight, and B-WF2Q+
43  * guarantees that each queue receives a fraction of the throughput
44  * proportional to its weight. Thanks to the accurate policy of
45  * B-WF2Q+, BFQ can afford to assign high budgets to I/O-bound
46  * processes issuing sequential requests (to boost the throughput),
47  * and yet guarantee a low latency to interactive and soft real-time
48  * applications.
49  *
50  * In particular, to provide these low-latency guarantees, BFQ
51  * explicitly privileges the I/O of two classes of time-sensitive
52  * applications: interactive and soft real-time. This feature enables
53  * BFQ to provide applications in these classes with a very low
54  * latency. Finally, BFQ also features additional heuristics for
55  * preserving both a low latency and a high throughput on NCQ-capable,
56  * rotational or flash-based devices, and to get the job done quickly
57  * for applications consisting in many I/O-bound processes.
58  *
59  * NOTE: if the main or only goal, with a given device, is to achieve
60  * the maximum-possible throughput at all times, then do switch off
61  * all low-latency heuristics for that device, by setting low_latency
62  * to 0.
63  *
64  * BFQ is described in [1], where also a reference to the initial, more
65  * theoretical paper on BFQ can be found. The interested reader can find
66  * in the latter paper full details on the main algorithm, as well as
67  * formulas of the guarantees and formal proofs of all the properties.
68  * With respect to the version of BFQ presented in these papers, this
69  * implementation adds a few more heuristics, such as the one that
70  * guarantees a low latency to soft real-time applications, and a
71  * hierarchical extension based on H-WF2Q+.
72  *
73  * B-WF2Q+ is based on WF2Q+, which is described in [2], together with
74  * H-WF2Q+, while the augmented tree used here to implement B-WF2Q+
75  * with O(log N) complexity derives from the one introduced with EEVDF
76  * in [3].
77  *
78  * [1] P. Valente, A. Avanzini, "Evolution of the BFQ Storage I/O
79  *     Scheduler", Proceedings of the First Workshop on Mobile System
80  *     Technologies (MST-2015), May 2015.
81  *     http://algogroup.unimore.it/people/paolo/disk_sched/mst-2015.pdf
82  *
83  * [2] Jon C.R. Bennett and H. Zhang, "Hierarchical Packet Fair Queueing
84  *     Algorithms", IEEE/ACM Transactions on Networking, 5(5):675-689,
85  *     Oct 1997.
86  *
87  * http://www.cs.cmu.edu/~hzhang/papers/TON-97-Oct.ps.gz
88  *
89  * [3] I. Stoica and H. Abdel-Wahab, "Earliest Eligible Virtual Deadline
90  *     First: A Flexible and Accurate Mechanism for Proportional Share
91  *     Resource Allocation", technical report.
92  *
93  * http://www.cs.berkeley.edu/~istoica/papers/eevdf-tr-95.pdf
94  */
95 #include <linux/module.h>
96 #include <linux/slab.h>
97 #include <linux/blkdev.h>
98 #include <linux/cgroup.h>
99 #include <linux/elevator.h>
100 #include <linux/ktime.h>
101 #include <linux/rbtree.h>
102 #include <linux/ioprio.h>
103 #include <linux/sbitmap.h>
104 #include <linux/delay.h>
105
106 #include "blk.h"
107 #include "blk-mq.h"
108 #include "blk-mq-tag.h"
109 #include "blk-mq-sched.h"
110 #include "bfq-iosched.h"
111 #include "blk-wbt.h"
112
113 #define BFQ_BFQQ_FNS(name)                                              \
114 void bfq_mark_bfqq_##name(struct bfq_queue *bfqq)                       \
115 {                                                                       \
116         __set_bit(BFQQF_##name, &(bfqq)->flags);                        \
117 }                                                                       \
118 void bfq_clear_bfqq_##name(struct bfq_queue *bfqq)                      \
119 {                                                                       \
120         __clear_bit(BFQQF_##name, &(bfqq)->flags);              \
121 }                                                                       \
122 int bfq_bfqq_##name(const struct bfq_queue *bfqq)                       \
123 {                                                                       \
124         return test_bit(BFQQF_##name, &(bfqq)->flags);          \
125 }
126
127 BFQ_BFQQ_FNS(just_created);
128 BFQ_BFQQ_FNS(busy);
129 BFQ_BFQQ_FNS(wait_request);
130 BFQ_BFQQ_FNS(non_blocking_wait_rq);
131 BFQ_BFQQ_FNS(fifo_expire);
132 BFQ_BFQQ_FNS(has_short_ttime);
133 BFQ_BFQQ_FNS(sync);
134 BFQ_BFQQ_FNS(IO_bound);
135 BFQ_BFQQ_FNS(in_large_burst);
136 BFQ_BFQQ_FNS(coop);
137 BFQ_BFQQ_FNS(split_coop);
138 BFQ_BFQQ_FNS(softrt_update);
139 #undef BFQ_BFQQ_FNS                                             \
140
141 /* Expiration time of sync (0) and async (1) requests, in ns. */
142 static const u64 bfq_fifo_expire[2] = { NSEC_PER_SEC / 4, NSEC_PER_SEC / 8 };
143
144 /* Maximum backwards seek (magic number lifted from CFQ), in KiB. */
145 static const int bfq_back_max = 16 * 1024;
146
147 /* Penalty of a backwards seek, in number of sectors. */
148 static const int bfq_back_penalty = 2;
149
150 /* Idling period duration, in ns. */
151 static u64 bfq_slice_idle = NSEC_PER_SEC / 125;
152
153 /* Minimum number of assigned budgets for which stats are safe to compute. */
154 static const int bfq_stats_min_budgets = 194;
155
156 /* Default maximum budget values, in sectors and number of requests. */
157 static const int bfq_default_max_budget = 16 * 1024;
158
159 /*
160  * Async to sync throughput distribution is controlled as follows:
161  * when an async request is served, the entity is charged the number
162  * of sectors of the request, multiplied by the factor below
163  */
164 static const int bfq_async_charge_factor = 10;
165
166 /* Default timeout values, in jiffies, approximating CFQ defaults. */
167 const int bfq_timeout = HZ / 8;
168
169 static struct kmem_cache *bfq_pool;
170
171 /* Below this threshold (in ns), we consider thinktime immediate. */
172 #define BFQ_MIN_TT              (2 * NSEC_PER_MSEC)
173
174 /* hw_tag detection: parallel requests threshold and min samples needed. */
175 #define BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD  4
176 #define BFQ_HW_QUEUE_SAMPLES    32
177
178 #define BFQQ_SEEK_THR           (sector_t)(8 * 100)
179 #define BFQQ_SECT_THR_NONROT    (sector_t)(2 * 32)
180 #define BFQQ_CLOSE_THR          (sector_t)(8 * 1024)
181 #define BFQQ_SEEKY(bfqq)        (hweight32(bfqq->seek_history) > 32/8)
182
183 /* Min number of samples required to perform peak-rate update */
184 #define BFQ_RATE_MIN_SAMPLES    32
185 /* Min observation time interval required to perform a peak-rate update (ns) */
186 #define BFQ_RATE_MIN_INTERVAL   (300*NSEC_PER_MSEC)
187 /* Target observation time interval for a peak-rate update (ns) */
188 #define BFQ_RATE_REF_INTERVAL   NSEC_PER_SEC
189
190 /* Shift used for peak rate fixed precision calculations. */
191 #define BFQ_RATE_SHIFT          16
192
193 /*
194  * By default, BFQ computes the duration of the weight raising for
195  * interactive applications automatically, using the following formula:
196  * duration = (R / r) * T, where r is the peak rate of the device, and
197  * R and T are two reference parameters.
198  * In particular, R is the peak rate of the reference device (see below),
199  * and T is a reference time: given the systems that are likely to be
200  * installed on the reference device according to its speed class, T is
201  * about the maximum time needed, under BFQ and while reading two files in
202  * parallel, to load typical large applications on these systems.
203  * In practice, the slower/faster the device at hand is, the more/less it
204  * takes to load applications with respect to the reference device.
205  * Accordingly, the longer/shorter BFQ grants weight raising to interactive
206  * applications.
207  *
208  * BFQ uses four different reference pairs (R, T), depending on:
209  * . whether the device is rotational or non-rotational;
210  * . whether the device is slow, such as old or portable HDDs, as well as
211  *   SD cards, or fast, such as newer HDDs and SSDs.
212  *
213  * The device's speed class is dynamically (re)detected in
214  * bfq_update_peak_rate() every time the estimated peak rate is updated.
215  *
216  * In the following definitions, R_slow[0]/R_fast[0] and
217  * T_slow[0]/T_fast[0] are the reference values for a slow/fast
218  * rotational device, whereas R_slow[1]/R_fast[1] and
219  * T_slow[1]/T_fast[1] are the reference values for a slow/fast
220  * non-rotational device. Finally, device_speed_thresh are the
221  * thresholds used to switch between speed classes. The reference
222  * rates are not the actual peak rates of the devices used as a
223  * reference, but slightly lower values. The reason for using these
224  * slightly lower values is that the peak-rate estimator tends to
225  * yield slightly lower values than the actual peak rate (it can yield
226  * the actual peak rate only if there is only one process doing I/O,
227  * and the process does sequential I/O).
228  *
229  * Both the reference peak rates and the thresholds are measured in
230  * sectors/usec, left-shifted by BFQ_RATE_SHIFT.
231  */
232 static int R_slow[2] = {1000, 10700};
233 static int R_fast[2] = {14000, 33000};
234 /*
235  * To improve readability, a conversion function is used to initialize the
236  * following arrays, which entails that they can be initialized only in a
237  * function.
238  */
239 static int T_slow[2];
240 static int T_fast[2];
241 static int device_speed_thresh[2];
242
243 #define RQ_BIC(rq)              icq_to_bic((rq)->elv.priv[0])
244 #define RQ_BFQQ(rq)             ((rq)->elv.priv[1])
245
246 struct bfq_queue *bic_to_bfqq(struct bfq_io_cq *bic, bool is_sync)
247 {
248         return bic->bfqq[is_sync];
249 }
250
251 void bic_set_bfqq(struct bfq_io_cq *bic, struct bfq_queue *bfqq, bool is_sync)
252 {
253         bic->bfqq[is_sync] = bfqq;
254 }
255
256 struct bfq_data *bic_to_bfqd(struct bfq_io_cq *bic)
257 {
258         return bic->icq.q->elevator->elevator_data;
259 }
260
261 /**
262  * icq_to_bic - convert iocontext queue structure to bfq_io_cq.
263  * @icq: the iocontext queue.
264  */
265 static struct bfq_io_cq *icq_to_bic(struct io_cq *icq)
266 {
267         /* bic->icq is the first member, %NULL will convert to %NULL */
268         return container_of(icq, struct bfq_io_cq, icq);
269 }
270
271 /**
272  * bfq_bic_lookup - search into @ioc a bic associated to @bfqd.
273  * @bfqd: the lookup key.
274  * @ioc: the io_context of the process doing I/O.
275  * @q: the request queue.
276  */
277 static struct bfq_io_cq *bfq_bic_lookup(struct bfq_data *bfqd,
278                                         struct io_context *ioc,
279                                         struct request_queue *q)
280 {
281         if (ioc) {
282                 unsigned long flags;
283                 struct bfq_io_cq *icq;
284
285                 spin_lock_irqsave(q->queue_lock, flags);
286                 icq = icq_to_bic(ioc_lookup_icq(ioc, q));
287                 spin_unlock_irqrestore(q->queue_lock, flags);
288
289                 return icq;
290         }
291
292         return NULL;
293 }
294
295 /*
296  * Scheduler run of queue, if there are requests pending and no one in the
297  * driver that will restart queueing.
298  */
299 void bfq_schedule_dispatch(struct bfq_data *bfqd)
300 {
301         if (bfqd->queued != 0) {
302                 bfq_log(bfqd, "schedule dispatch");
303                 blk_mq_run_hw_queues(bfqd->queue, true);
304         }
305 }
306
307 #define bfq_class_idle(bfqq)    ((bfqq)->ioprio_class == IOPRIO_CLASS_IDLE)
308 #define bfq_class_rt(bfqq)      ((bfqq)->ioprio_class == IOPRIO_CLASS_RT)
309
310 #define bfq_sample_valid(samples)       ((samples) > 80)
311
312 /*
313  * Lifted from AS - choose which of rq1 and rq2 that is best served now.
314  * We choose the request that is closesr to the head right now.  Distance
315  * behind the head is penalized and only allowed to a certain extent.
316  */
317 static struct request *bfq_choose_req(struct bfq_data *bfqd,
318                                       struct request *rq1,
319                                       struct request *rq2,
320                                       sector_t last)
321 {
322         sector_t s1, s2, d1 = 0, d2 = 0;
323         unsigned long back_max;
324 #define BFQ_RQ1_WRAP    0x01 /* request 1 wraps */
325 #define BFQ_RQ2_WRAP    0x02 /* request 2 wraps */
326         unsigned int wrap = 0; /* bit mask: requests behind the disk head? */
327
328         if (!rq1 || rq1 == rq2)
329                 return rq2;
330         if (!rq2)
331                 return rq1;
332
333         if (rq_is_sync(rq1) && !rq_is_sync(rq2))
334                 return rq1;
335         else if (rq_is_sync(rq2) && !rq_is_sync(rq1))
336                 return rq2;
337         if ((rq1->cmd_flags & REQ_META) && !(rq2->cmd_flags & REQ_META))
338                 return rq1;
339         else if ((rq2->cmd_flags & REQ_META) && !(rq1->cmd_flags & REQ_META))
340                 return rq2;
341
342         s1 = blk_rq_pos(rq1);
343         s2 = blk_rq_pos(rq2);
344
345         /*
346          * By definition, 1KiB is 2 sectors.
347          */
348         back_max = bfqd->bfq_back_max * 2;
349
350         /*
351          * Strict one way elevator _except_ in the case where we allow
352          * short backward seeks which are biased as twice the cost of a
353          * similar forward seek.
354          */
355         if (s1 >= last)
356                 d1 = s1 - last;
357         else if (s1 + back_max >= last)
358                 d1 = (last - s1) * bfqd->bfq_back_penalty;
359         else
360                 wrap |= BFQ_RQ1_WRAP;
361
362         if (s2 >= last)
363                 d2 = s2 - last;
364         else if (s2 + back_max >= last)
365                 d2 = (last - s2) * bfqd->bfq_back_penalty;
366         else
367                 wrap |= BFQ_RQ2_WRAP;
368
369         /* Found required data */
370
371         /*
372          * By doing switch() on the bit mask "wrap" we avoid having to
373          * check two variables for all permutations: --> faster!
374          */
375         switch (wrap) {
376         case 0: /* common case for CFQ: rq1 and rq2 not wrapped */
377                 if (d1 < d2)
378                         return rq1;
379                 else if (d2 < d1)
380                         return rq2;
381
382                 if (s1 >= s2)
383                         return rq1;
384                 else
385                         return rq2;
386
387         case BFQ_RQ2_WRAP:
388                 return rq1;
389         case BFQ_RQ1_WRAP:
390                 return rq2;
391         case BFQ_RQ1_WRAP|BFQ_RQ2_WRAP: /* both rqs wrapped */
392         default:
393                 /*
394                  * Since both rqs are wrapped,
395                  * start with the one that's further behind head
396                  * (--> only *one* back seek required),
397                  * since back seek takes more time than forward.
398                  */
399                 if (s1 <= s2)
400                         return rq1;
401                 else
402                         return rq2;
403         }
404 }
405
406 static struct bfq_queue *
407 bfq_rq_pos_tree_lookup(struct bfq_data *bfqd, struct rb_root *root,
408                      sector_t sector, struct rb_node **ret_parent,
409                      struct rb_node ***rb_link)
410 {
411         struct rb_node **p, *parent;
412         struct bfq_queue *bfqq = NULL;
413
414         parent = NULL;
415         p = &root->rb_node;
416         while (*p) {
417                 struct rb_node **n;
418
419                 parent = *p;
420                 bfqq = rb_entry(parent, struct bfq_queue, pos_node);
421
422                 /*
423                  * Sort strictly based on sector. Smallest to the left,
424                  * largest to the right.
425                  */
426                 if (sector > blk_rq_pos(bfqq->next_rq))
427                         n = &(*p)->rb_right;
428                 else if (sector < blk_rq_pos(bfqq->next_rq))
429                         n = &(*p)->rb_left;
430                 else
431                         break;
432                 p = n;
433                 bfqq = NULL;
434         }
435
436         *ret_parent = parent;
437         if (rb_link)
438                 *rb_link = p;
439
440         bfq_log(bfqd, "rq_pos_tree_lookup %llu: returning %d",
441                 (unsigned long long)sector,
442                 bfqq ? bfqq->pid : 0);
443
444         return bfqq;
445 }
446
447 void bfq_pos_tree_add_move(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
448 {
449         struct rb_node **p, *parent;
450         struct bfq_queue *__bfqq;
451
452         if (bfqq->pos_root) {
453                 rb_erase(&bfqq->pos_node, bfqq->pos_root);
454                 bfqq->pos_root = NULL;
455         }
456
457         if (bfq_class_idle(bfqq))
458                 return;
459         if (!bfqq->next_rq)
460                 return;
461
462         bfqq->pos_root = &bfq_bfqq_to_bfqg(bfqq)->rq_pos_tree;
463         __bfqq = bfq_rq_pos_tree_lookup(bfqd, bfqq->pos_root,
464                         blk_rq_pos(bfqq->next_rq), &parent, &p);
465         if (!__bfqq) {
466                 rb_link_node(&bfqq->pos_node, parent, p);
467                 rb_insert_color(&bfqq->pos_node, bfqq->pos_root);
468         } else
469                 bfqq->pos_root = NULL;
470 }
471
472 /*
473  * Tell whether there are active queues or groups with differentiated weights.
474  */
475 static bool bfq_differentiated_weights(struct bfq_data *bfqd)
476 {
477         /*
478          * For weights to differ, at least one of the trees must contain
479          * at least two nodes.
480          */
481         return (!RB_EMPTY_ROOT(&bfqd->queue_weights_tree) &&
482                 (bfqd->queue_weights_tree.rb_node->rb_left ||
483                  bfqd->queue_weights_tree.rb_node->rb_right)
484 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
485                ) ||
486                (!RB_EMPTY_ROOT(&bfqd->group_weights_tree) &&
487                 (bfqd->group_weights_tree.rb_node->rb_left ||
488                  bfqd->group_weights_tree.rb_node->rb_right)
489 #endif
490                );
491 }
492
493 /*
494  * The following function returns true if every queue must receive the
495  * same share of the throughput (this condition is used when deciding
496  * whether idling may be disabled, see the comments in the function
497  * bfq_bfqq_may_idle()).
498  *
499  * Such a scenario occurs when:
500  * 1) all active queues have the same weight,
501  * 2) all active groups at the same level in the groups tree have the same
502  *    weight,
503  * 3) all active groups at the same level in the groups tree have the same
504  *    number of children.
505  *
506  * Unfortunately, keeping the necessary state for evaluating exactly the
507  * above symmetry conditions would be quite complex and time-consuming.
508  * Therefore this function evaluates, instead, the following stronger
509  * sub-conditions, for which it is much easier to maintain the needed
510  * state:
511  * 1) all active queues have the same weight,
512  * 2) all active groups have the same weight,
513  * 3) all active groups have at most one active child each.
514  * In particular, the last two conditions are always true if hierarchical
515  * support and the cgroups interface are not enabled, thus no state needs
516  * to be maintained in this case.
517  */
518 static bool bfq_symmetric_scenario(struct bfq_data *bfqd)
519 {
520         return !bfq_differentiated_weights(bfqd);
521 }
522
523 /*
524  * If the weight-counter tree passed as input contains no counter for
525  * the weight of the input entity, then add that counter; otherwise just
526  * increment the existing counter.
527  *
528  * Note that weight-counter trees contain few nodes in mostly symmetric
529  * scenarios. For example, if all queues have the same weight, then the
530  * weight-counter tree for the queues may contain at most one node.
531  * This holds even if low_latency is on, because weight-raised queues
532  * are not inserted in the tree.
533  * In most scenarios, the rate at which nodes are created/destroyed
534  * should be low too.
535  */
536 void bfq_weights_tree_add(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_entity *entity,
537                           struct rb_root *root)
538 {
539         struct rb_node **new = &(root->rb_node), *parent = NULL;
540
541         /*
542          * Do not insert if the entity is already associated with a
543          * counter, which happens if:
544          *   1) the entity is associated with a queue,
545          *   2) a request arrival has caused the queue to become both
546          *      non-weight-raised, and hence change its weight, and
547          *      backlogged; in this respect, each of the two events
548          *      causes an invocation of this function,
549          *   3) this is the invocation of this function caused by the
550          *      second event. This second invocation is actually useless,
551          *      and we handle this fact by exiting immediately. More
552          *      efficient or clearer solutions might possibly be adopted.
553          */
554         if (entity->weight_counter)
555                 return;
556
557         while (*new) {
558                 struct bfq_weight_counter *__counter = container_of(*new,
559                                                 struct bfq_weight_counter,
560                                                 weights_node);
561                 parent = *new;
562
563                 if (entity->weight == __counter->weight) {
564                         entity->weight_counter = __counter;
565                         goto inc_counter;
566                 }
567                 if (entity->weight < __counter->weight)
568                         new = &((*new)->rb_left);
569                 else
570                         new = &((*new)->rb_right);
571         }
572
573         entity->weight_counter = kzalloc(sizeof(struct bfq_weight_counter),
574                                          GFP_ATOMIC);
575
576         /*
577          * In the unlucky event of an allocation failure, we just
578          * exit. This will cause the weight of entity to not be
579          * considered in bfq_differentiated_weights, which, in its
580          * turn, causes the scenario to be deemed wrongly symmetric in
581          * case entity's weight would have been the only weight making
582          * the scenario asymmetric. On the bright side, no unbalance
583          * will however occur when entity becomes inactive again (the
584          * invocation of this function is triggered by an activation
585          * of entity). In fact, bfq_weights_tree_remove does nothing
586          * if !entity->weight_counter.
587          */
588         if (unlikely(!entity->weight_counter))
589                 return;
590
591         entity->weight_counter->weight = entity->weight;
592         rb_link_node(&entity->weight_counter->weights_node, parent, new);
593         rb_insert_color(&entity->weight_counter->weights_node, root);
594
595 inc_counter:
596         entity->weight_counter->num_active++;
597 }
598
599 /*
600  * Decrement the weight counter associated with the entity, and, if the
601  * counter reaches 0, remove the counter from the tree.
602  * See the comments to the function bfq_weights_tree_add() for considerations
603  * about overhead.
604  */
605 void bfq_weights_tree_remove(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_entity *entity,
606                              struct rb_root *root)
607 {
608         if (!entity->weight_counter)
609                 return;
610
611         entity->weight_counter->num_active--;
612         if (entity->weight_counter->num_active > 0)
613                 goto reset_entity_pointer;
614
615         rb_erase(&entity->weight_counter->weights_node, root);
616         kfree(entity->weight_counter);
617
618 reset_entity_pointer:
619         entity->weight_counter = NULL;
620 }
621
622 /*
623  * Return expired entry, or NULL to just start from scratch in rbtree.
624  */
625 static struct request *bfq_check_fifo(struct bfq_queue *bfqq,
626                                       struct request *last)
627 {
628         struct request *rq;
629
630         if (bfq_bfqq_fifo_expire(bfqq))
631                 return NULL;
632
633         bfq_mark_bfqq_fifo_expire(bfqq);
634
635         rq = rq_entry_fifo(bfqq->fifo.next);
636
637         if (rq == last || ktime_get_ns() < rq->fifo_time)
638                 return NULL;
639
640         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "check_fifo: returned %p", rq);
641         return rq;
642 }
643
644 static struct request *bfq_find_next_rq(struct bfq_data *bfqd,
645                                         struct bfq_queue *bfqq,
646                                         struct request *last)
647 {
648         struct rb_node *rbnext = rb_next(&last->rb_node);
649         struct rb_node *rbprev = rb_prev(&last->rb_node);
650         struct request *next, *prev = NULL;
651
652         /* Follow expired path, else get first next available. */
653         next = bfq_check_fifo(bfqq, last);
654         if (next)
655                 return next;
656
657         if (rbprev)
658                 prev = rb_entry_rq(rbprev);
659
660         if (rbnext)
661                 next = rb_entry_rq(rbnext);
662         else {
663                 rbnext = rb_first(&bfqq->sort_list);
664                 if (rbnext && rbnext != &last->rb_node)
665                         next = rb_entry_rq(rbnext);
666         }
667
668         return bfq_choose_req(bfqd, next, prev, blk_rq_pos(last));
669 }
670
671 /* see the definition of bfq_async_charge_factor for details */
672 static unsigned long bfq_serv_to_charge(struct request *rq,
673                                         struct bfq_queue *bfqq)
674 {
675         if (bfq_bfqq_sync(bfqq) || bfqq->wr_coeff > 1)
676                 return blk_rq_sectors(rq);
677
678         /*
679          * If there are no weight-raised queues, then amplify service
680          * by just the async charge factor; otherwise amplify service
681          * by twice the async charge factor, to further reduce latency
682          * for weight-raised queues.
683          */
684         if (bfqq->bfqd->wr_busy_queues == 0)
685                 return blk_rq_sectors(rq) * bfq_async_charge_factor;
686
687         return blk_rq_sectors(rq) * 2 * bfq_async_charge_factor;
688 }
689
690 /**
691  * bfq_updated_next_req - update the queue after a new next_rq selection.
692  * @bfqd: the device data the queue belongs to.
693  * @bfqq: the queue to update.
694  *
695  * If the first request of a queue changes we make sure that the queue
696  * has enough budget to serve at least its first request (if the
697  * request has grown).  We do this because if the queue has not enough
698  * budget for its first request, it has to go through two dispatch
699  * rounds to actually get it dispatched.
700  */
701 static void bfq_updated_next_req(struct bfq_data *bfqd,
702                                  struct bfq_queue *bfqq)
703 {
704         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
705         struct request *next_rq = bfqq->next_rq;
706         unsigned long new_budget;
707
708         if (!next_rq)
709                 return;
710
711         if (bfqq == bfqd->in_service_queue)
712                 /*
713                  * In order not to break guarantees, budgets cannot be
714                  * changed after an entity has been selected.
715                  */
716                 return;
717
718         new_budget = max_t(unsigned long, bfqq->max_budget,
719                            bfq_serv_to_charge(next_rq, bfqq));
720         if (entity->budget != new_budget) {
721                 entity->budget = new_budget;
722                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "updated next rq: new budget %lu",
723                                          new_budget);
724                 bfq_requeue_bfqq(bfqd, bfqq, false);
725         }
726 }
727
728 static unsigned int bfq_wr_duration(struct bfq_data *bfqd)
729 {
730         u64 dur;
731
732         if (bfqd->bfq_wr_max_time > 0)
733                 return bfqd->bfq_wr_max_time;
734
735         dur = bfqd->RT_prod;
736         do_div(dur, bfqd->peak_rate);
737
738         /*
739          * Limit duration between 3 and 13 seconds. Tests show that
740          * higher values than 13 seconds often yield the opposite of
741          * the desired result, i.e., worsen responsiveness by letting
742          * non-interactive and non-soft-real-time applications
743          * preserve weight raising for a too long time interval.
744          *
745          * On the other end, lower values than 3 seconds make it
746          * difficult for most interactive tasks to complete their jobs
747          * before weight-raising finishes.
748          */
749         if (dur > msecs_to_jiffies(13000))
750                 dur = msecs_to_jiffies(13000);
751         else if (dur < msecs_to_jiffies(3000))
752                 dur = msecs_to_jiffies(3000);
753
754         return dur;
755 }
756
757 /* switch back from soft real-time to interactive weight raising */
758 static void switch_back_to_interactive_wr(struct bfq_queue *bfqq,
759                                           struct bfq_data *bfqd)
760 {
761         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
762         bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
763         bfqq->last_wr_start_finish = bfqq->wr_start_at_switch_to_srt;
764 }
765
766 static void
767 bfq_bfqq_resume_state(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_data *bfqd,
768                       struct bfq_io_cq *bic, bool bfq_already_existing)
769 {
770         unsigned int old_wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
771         bool busy = bfq_already_existing && bfq_bfqq_busy(bfqq);
772
773         if (bic->saved_has_short_ttime)
774                 bfq_mark_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
775         else
776                 bfq_clear_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
777
778         if (bic->saved_IO_bound)
779                 bfq_mark_bfqq_IO_bound(bfqq);
780         else
781                 bfq_clear_bfqq_IO_bound(bfqq);
782
783         bfqq->ttime = bic->saved_ttime;
784         bfqq->wr_coeff = bic->saved_wr_coeff;
785         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt = bic->saved_wr_start_at_switch_to_srt;
786         bfqq->last_wr_start_finish = bic->saved_last_wr_start_finish;
787         bfqq->wr_cur_max_time = bic->saved_wr_cur_max_time;
788
789         if (bfqq->wr_coeff > 1 && (bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq) ||
790             time_is_before_jiffies(bfqq->last_wr_start_finish +
791                                    bfqq->wr_cur_max_time))) {
792                 if (bfqq->wr_cur_max_time == bfqd->bfq_wr_rt_max_time &&
793                     !bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq) &&
794                     time_is_after_eq_jiffies(bfqq->wr_start_at_switch_to_srt +
795                                              bfq_wr_duration(bfqd))) {
796                         switch_back_to_interactive_wr(bfqq, bfqd);
797                 } else {
798                         bfqq->wr_coeff = 1;
799                         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq,
800                                      "resume state: switching off wr");
801                 }
802         }
803
804         /* make sure weight will be updated, however we got here */
805         bfqq->entity.prio_changed = 1;
806
807         if (likely(!busy))
808                 return;
809
810         if (old_wr_coeff == 1 && bfqq->wr_coeff > 1)
811                 bfqd->wr_busy_queues++;
812         else if (old_wr_coeff > 1 && bfqq->wr_coeff == 1)
813                 bfqd->wr_busy_queues--;
814 }
815
816 static int bfqq_process_refs(struct bfq_queue *bfqq)
817 {
818         return bfqq->ref - bfqq->allocated - bfqq->entity.on_st;
819 }
820
821 /* Empty burst list and add just bfqq (see comments on bfq_handle_burst) */
822 static void bfq_reset_burst_list(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
823 {
824         struct bfq_queue *item;
825         struct hlist_node *n;
826
827         hlist_for_each_entry_safe(item, n, &bfqd->burst_list, burst_list_node)
828                 hlist_del_init(&item->burst_list_node);
829         hlist_add_head(&bfqq->burst_list_node, &bfqd->burst_list);
830         bfqd->burst_size = 1;
831         bfqd->burst_parent_entity = bfqq->entity.parent;
832 }
833
834 /* Add bfqq to the list of queues in current burst (see bfq_handle_burst) */
835 static void bfq_add_to_burst(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
836 {
837         /* Increment burst size to take into account also bfqq */
838         bfqd->burst_size++;
839
840         if (bfqd->burst_size == bfqd->bfq_large_burst_thresh) {
841                 struct bfq_queue *pos, *bfqq_item;
842                 struct hlist_node *n;
843
844                 /*
845                  * Enough queues have been activated shortly after each
846                  * other to consider this burst as large.
847                  */
848                 bfqd->large_burst = true;
849
850                 /*
851                  * We can now mark all queues in the burst list as
852                  * belonging to a large burst.
853                  */
854                 hlist_for_each_entry(bfqq_item, &bfqd->burst_list,
855                                      burst_list_node)
856                         bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq_item);
857                 bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq);
858
859                 /*
860                  * From now on, and until the current burst finishes, any
861                  * new queue being activated shortly after the last queue
862                  * was inserted in the burst can be immediately marked as
863                  * belonging to a large burst. So the burst list is not
864                  * needed any more. Remove it.
865                  */
866                 hlist_for_each_entry_safe(pos, n, &bfqd->burst_list,
867                                           burst_list_node)
868                         hlist_del_init(&pos->burst_list_node);
869         } else /*
870                 * Burst not yet large: add bfqq to the burst list. Do
871                 * not increment the ref counter for bfqq, because bfqq
872                 * is removed from the burst list before freeing bfqq
873                 * in put_queue.
874                 */
875                 hlist_add_head(&bfqq->burst_list_node, &bfqd->burst_list);
876 }
877
878 /*
879  * If many queues belonging to the same group happen to be created
880  * shortly after each other, then the processes associated with these
881  * queues have typically a common goal. In particular, bursts of queue
882  * creations are usually caused by services or applications that spawn
883  * many parallel threads/processes. Examples are systemd during boot,
884  * or git grep. To help these processes get their job done as soon as
885  * possible, it is usually better to not grant either weight-raising
886  * or device idling to their queues.
887  *
888  * In this comment we describe, firstly, the reasons why this fact
889  * holds, and, secondly, the next function, which implements the main
890  * steps needed to properly mark these queues so that they can then be
891  * treated in a different way.
892  *
893  * The above services or applications benefit mostly from a high
894  * throughput: the quicker the requests of the activated queues are
895  * cumulatively served, the sooner the target job of these queues gets
896  * completed. As a consequence, weight-raising any of these queues,
897  * which also implies idling the device for it, is almost always
898  * counterproductive. In most cases it just lowers throughput.
899  *
900  * On the other hand, a burst of queue creations may be caused also by
901  * the start of an application that does not consist of a lot of
902  * parallel I/O-bound threads. In fact, with a complex application,
903  * several short processes may need to be executed to start-up the
904  * application. In this respect, to start an application as quickly as
905  * possible, the best thing to do is in any case to privilege the I/O
906  * related to the application with respect to all other
907  * I/O. Therefore, the best strategy to start as quickly as possible
908  * an application that causes a burst of queue creations is to
909  * weight-raise all the queues created during the burst. This is the
910  * exact opposite of the best strategy for the other type of bursts.
911  *
912  * In the end, to take the best action for each of the two cases, the
913  * two types of bursts need to be distinguished. Fortunately, this
914  * seems relatively easy, by looking at the sizes of the bursts. In
915  * particular, we found a threshold such that only bursts with a
916  * larger size than that threshold are apparently caused by
917  * services or commands such as systemd or git grep. For brevity,
918  * hereafter we call just 'large' these bursts. BFQ *does not*
919  * weight-raise queues whose creation occurs in a large burst. In
920  * addition, for each of these queues BFQ performs or does not perform
921  * idling depending on which choice boosts the throughput more. The
922  * exact choice depends on the device and request pattern at
923  * hand.
924  *
925  * Unfortunately, false positives may occur while an interactive task
926  * is starting (e.g., an application is being started). The
927  * consequence is that the queues associated with the task do not
928  * enjoy weight raising as expected. Fortunately these false positives
929  * are very rare. They typically occur if some service happens to
930  * start doing I/O exactly when the interactive task starts.
931  *
932  * Turning back to the next function, it implements all the steps
933  * needed to detect the occurrence of a large burst and to properly
934  * mark all the queues belonging to it (so that they can then be
935  * treated in a different way). This goal is achieved by maintaining a
936  * "burst list" that holds, temporarily, the queues that belong to the
937  * burst in progress. The list is then used to mark these queues as
938  * belonging to a large burst if the burst does become large. The main
939  * steps are the following.
940  *
941  * . when the very first queue is created, the queue is inserted into the
942  *   list (as it could be the first queue in a possible burst)
943  *
944  * . if the current burst has not yet become large, and a queue Q that does
945  *   not yet belong to the burst is activated shortly after the last time
946  *   at which a new queue entered the burst list, then the function appends
947  *   Q to the burst list
948  *
949  * . if, as a consequence of the previous step, the burst size reaches
950  *   the large-burst threshold, then
951  *
952  *     . all the queues in the burst list are marked as belonging to a
953  *       large burst
954  *
955  *     . the burst list is deleted; in fact, the burst list already served
956  *       its purpose (keeping temporarily track of the queues in a burst,
957  *       so as to be able to mark them as belonging to a large burst in the
958  *       previous sub-step), and now is not needed any more
959  *
960  *     . the device enters a large-burst mode
961  *
962  * . if a queue Q that does not belong to the burst is created while
963  *   the device is in large-burst mode and shortly after the last time
964  *   at which a queue either entered the burst list or was marked as
965  *   belonging to the current large burst, then Q is immediately marked
966  *   as belonging to a large burst.
967  *
968  * . if a queue Q that does not belong to the burst is created a while
969  *   later, i.e., not shortly after, than the last time at which a queue
970  *   either entered the burst list or was marked as belonging to the
971  *   current large burst, then the current burst is deemed as finished and:
972  *
973  *        . the large-burst mode is reset if set
974  *
975  *        . the burst list is emptied
976  *
977  *        . Q is inserted in the burst list, as Q may be the first queue
978  *          in a possible new burst (then the burst list contains just Q
979  *          after this step).
980  */
981 static void bfq_handle_burst(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
982 {
983         /*
984          * If bfqq is already in the burst list or is part of a large
985          * burst, or finally has just been split, then there is
986          * nothing else to do.
987          */
988         if (!hlist_unhashed(&bfqq->burst_list_node) ||
989             bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq) ||
990             time_is_after_eq_jiffies(bfqq->split_time +
991                                      msecs_to_jiffies(10)))
992                 return;
993
994         /*
995          * If bfqq's creation happens late enough, or bfqq belongs to
996          * a different group than the burst group, then the current
997          * burst is finished, and related data structures must be
998          * reset.
999          *
1000          * In this respect, consider the special case where bfqq is
1001          * the very first queue created after BFQ is selected for this
1002          * device. In this case, last_ins_in_burst and
1003          * burst_parent_entity are not yet significant when we get
1004          * here. But it is easy to verify that, whether or not the
1005          * following condition is true, bfqq will end up being
1006          * inserted into the burst list. In particular the list will
1007          * happen to contain only bfqq. And this is exactly what has
1008          * to happen, as bfqq may be the first queue of the first
1009          * burst.
1010          */
1011         if (time_is_before_jiffies(bfqd->last_ins_in_burst +
1012             bfqd->bfq_burst_interval) ||
1013             bfqq->entity.parent != bfqd->burst_parent_entity) {
1014                 bfqd->large_burst = false;
1015                 bfq_reset_burst_list(bfqd, bfqq);
1016                 goto end;
1017         }
1018
1019         /*
1020          * If we get here, then bfqq is being activated shortly after the
1021          * last queue. So, if the current burst is also large, we can mark
1022          * bfqq as belonging to this large burst immediately.
1023          */
1024         if (bfqd->large_burst) {
1025                 bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq);
1026                 goto end;
1027         }
1028
1029         /*
1030          * If we get here, then a large-burst state has not yet been
1031          * reached, but bfqq is being activated shortly after the last
1032          * queue. Then we add bfqq to the burst.
1033          */
1034         bfq_add_to_burst(bfqd, bfqq);
1035 end:
1036         /*
1037          * At this point, bfqq either has been added to the current
1038          * burst or has caused the current burst to terminate and a
1039          * possible new burst to start. In particular, in the second
1040          * case, bfqq has become the first queue in the possible new
1041          * burst.  In both cases last_ins_in_burst needs to be moved
1042          * forward.
1043          */
1044         bfqd->last_ins_in_burst = jiffies;
1045 }
1046
1047 static int bfq_bfqq_budget_left(struct bfq_queue *bfqq)
1048 {
1049         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
1050
1051         return entity->budget - entity->service;
1052 }
1053
1054 /*
1055  * If enough samples have been computed, return the current max budget
1056  * stored in bfqd, which is dynamically updated according to the
1057  * estimated disk peak rate; otherwise return the default max budget
1058  */
1059 static int bfq_max_budget(struct bfq_data *bfqd)
1060 {
1061         if (bfqd->budgets_assigned < bfq_stats_min_budgets)
1062                 return bfq_default_max_budget;
1063         else
1064                 return bfqd->bfq_max_budget;
1065 }
1066
1067 /*
1068  * Return min budget, which is a fraction of the current or default
1069  * max budget (trying with 1/32)
1070  */
1071 static int bfq_min_budget(struct bfq_data *bfqd)
1072 {
1073         if (bfqd->budgets_assigned < bfq_stats_min_budgets)
1074                 return bfq_default_max_budget / 32;
1075         else
1076                 return bfqd->bfq_max_budget / 32;
1077 }
1078
1079 /*
1080  * The next function, invoked after the input queue bfqq switches from
1081  * idle to busy, updates the budget of bfqq. The function also tells
1082  * whether the in-service queue should be expired, by returning
1083  * true. The purpose of expiring the in-service queue is to give bfqq
1084  * the chance to possibly preempt the in-service queue, and the reason
1085  * for preempting the in-service queue is to achieve one of the two
1086  * goals below.
1087  *
1088  * 1. Guarantee to bfqq its reserved bandwidth even if bfqq has
1089  * expired because it has remained idle. In particular, bfqq may have
1090  * expired for one of the following two reasons:
1091  *
1092  * - BFQQE_NO_MORE_REQUESTS bfqq did not enjoy any device idling
1093  *   and did not make it to issue a new request before its last
1094  *   request was served;
1095  *
1096  * - BFQQE_TOO_IDLE bfqq did enjoy device idling, but did not issue
1097  *   a new request before the expiration of the idling-time.
1098  *
1099  * Even if bfqq has expired for one of the above reasons, the process
1100  * associated with the queue may be however issuing requests greedily,
1101  * and thus be sensitive to the bandwidth it receives (bfqq may have
1102  * remained idle for other reasons: CPU high load, bfqq not enjoying
1103  * idling, I/O throttling somewhere in the path from the process to
1104  * the I/O scheduler, ...). But if, after every expiration for one of
1105  * the above two reasons, bfqq has to wait for the service of at least
1106  * one full budget of another queue before being served again, then
1107  * bfqq is likely to get a much lower bandwidth or resource time than
1108  * its reserved ones. To address this issue, two countermeasures need
1109  * to be taken.
1110  *
1111  * First, the budget and the timestamps of bfqq need to be updated in
1112  * a special way on bfqq reactivation: they need to be updated as if
1113  * bfqq did not remain idle and did not expire. In fact, if they are
1114  * computed as if bfqq expired and remained idle until reactivation,
1115  * then the process associated with bfqq is treated as if, instead of
1116  * being greedy, it stopped issuing requests when bfqq remained idle,
1117  * and restarts issuing requests only on this reactivation. In other
1118  * words, the scheduler does not help the process recover the "service
1119  * hole" between bfqq expiration and reactivation. As a consequence,
1120  * the process receives a lower bandwidth than its reserved one. In
1121  * contrast, to recover this hole, the budget must be updated as if
1122  * bfqq was not expired at all before this reactivation, i.e., it must
1123  * be set to the value of the remaining budget when bfqq was
1124  * expired. Along the same line, timestamps need to be assigned the
1125  * value they had the last time bfqq was selected for service, i.e.,
1126  * before last expiration. Thus timestamps need to be back-shifted
1127  * with respect to their normal computation (see [1] for more details
1128  * on this tricky aspect).
1129  *
1130  * Secondly, to allow the process to recover the hole, the in-service
1131  * queue must be expired too, to give bfqq the chance to preempt it
1132  * immediately. In fact, if bfqq has to wait for a full budget of the
1133  * in-service queue to be completed, then it may become impossible to
1134  * let the process recover the hole, even if the back-shifted
1135  * timestamps of bfqq are lower than those of the in-service queue. If
1136  * this happens for most or all of the holes, then the process may not
1137  * receive its reserved bandwidth. In this respect, it is worth noting
1138  * that, being the service of outstanding requests unpreemptible, a
1139  * little fraction of the holes may however be unrecoverable, thereby
1140  * causing a little loss of bandwidth.
1141  *
1142  * The last important point is detecting whether bfqq does need this
1143  * bandwidth recovery. In this respect, the next function deems the
1144  * process associated with bfqq greedy, and thus allows it to recover
1145  * the hole, if: 1) the process is waiting for the arrival of a new
1146  * request (which implies that bfqq expired for one of the above two
1147  * reasons), and 2) such a request has arrived soon. The first
1148  * condition is controlled through the flag non_blocking_wait_rq,
1149  * while the second through the flag arrived_in_time. If both
1150  * conditions hold, then the function computes the budget in the
1151  * above-described special way, and signals that the in-service queue
1152  * should be expired. Timestamp back-shifting is done later in
1153  * __bfq_activate_entity.
1154  *
1155  * 2. Reduce latency. Even if timestamps are not backshifted to let
1156  * the process associated with bfqq recover a service hole, bfqq may
1157  * however happen to have, after being (re)activated, a lower finish
1158  * timestamp than the in-service queue.  That is, the next budget of
1159  * bfqq may have to be completed before the one of the in-service
1160  * queue. If this is the case, then preempting the in-service queue
1161  * allows this goal to be achieved, apart from the unpreemptible,
1162  * outstanding requests mentioned above.
1163  *
1164  * Unfortunately, regardless of which of the above two goals one wants
1165  * to achieve, service trees need first to be updated to know whether
1166  * the in-service queue must be preempted. To have service trees
1167  * correctly updated, the in-service queue must be expired and
1168  * rescheduled, and bfqq must be scheduled too. This is one of the
1169  * most costly operations (in future versions, the scheduling
1170  * mechanism may be re-designed in such a way to make it possible to
1171  * know whether preemption is needed without needing to update service
1172  * trees). In addition, queue preemptions almost always cause random
1173  * I/O, and thus loss of throughput. Because of these facts, the next
1174  * function adopts the following simple scheme to avoid both costly
1175  * operations and too frequent preemptions: it requests the expiration
1176  * of the in-service queue (unconditionally) only for queues that need
1177  * to recover a hole, or that either are weight-raised or deserve to
1178  * be weight-raised.
1179  */
1180 static bool bfq_bfqq_update_budg_for_activation(struct bfq_data *bfqd,
1181                                                 struct bfq_queue *bfqq,
1182                                                 bool arrived_in_time,
1183                                                 bool wr_or_deserves_wr)
1184 {
1185         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
1186
1187         if (bfq_bfqq_non_blocking_wait_rq(bfqq) && arrived_in_time) {
1188                 /*
1189                  * We do not clear the flag non_blocking_wait_rq here, as
1190                  * the latter is used in bfq_activate_bfqq to signal
1191                  * that timestamps need to be back-shifted (and is
1192                  * cleared right after).
1193                  */
1194
1195                 /*
1196                  * In next assignment we rely on that either
1197                  * entity->service or entity->budget are not updated
1198                  * on expiration if bfqq is empty (see
1199                  * __bfq_bfqq_recalc_budget). Thus both quantities
1200                  * remain unchanged after such an expiration, and the
1201                  * following statement therefore assigns to
1202                  * entity->budget the remaining budget on such an
1203                  * expiration. For clarity, entity->service is not
1204                  * updated on expiration in any case, and, in normal
1205                  * operation, is reset only when bfqq is selected for
1206                  * service (see bfq_get_next_queue).
1207                  */
1208                 entity->budget = min_t(unsigned long,
1209                                        bfq_bfqq_budget_left(bfqq),
1210                                        bfqq->max_budget);
1211
1212                 return true;
1213         }
1214
1215         entity->budget = max_t(unsigned long, bfqq->max_budget,
1216                                bfq_serv_to_charge(bfqq->next_rq, bfqq));
1217         bfq_clear_bfqq_non_blocking_wait_rq(bfqq);
1218         return wr_or_deserves_wr;
1219 }
1220
1221 /*
1222  * Return the farthest future time instant according to jiffies
1223  * macros.
1224  */
1225 static unsigned long bfq_greatest_from_now(void)
1226 {
1227         return jiffies + MAX_JIFFY_OFFSET;
1228 }
1229
1230 /*
1231  * Return the farthest past time instant according to jiffies
1232  * macros.
1233  */
1234 static unsigned long bfq_smallest_from_now(void)
1235 {
1236         return jiffies - MAX_JIFFY_OFFSET;
1237 }
1238
1239 static void bfq_update_bfqq_wr_on_rq_arrival(struct bfq_data *bfqd,
1240                                              struct bfq_queue *bfqq,
1241                                              unsigned int old_wr_coeff,
1242                                              bool wr_or_deserves_wr,
1243                                              bool interactive,
1244                                              bool in_burst,
1245                                              bool soft_rt)
1246 {
1247         if (old_wr_coeff == 1 && wr_or_deserves_wr) {
1248                 /* start a weight-raising period */
1249                 if (interactive) {
1250                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
1251                         bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
1252                 } else {
1253                         /*
1254                          * No interactive weight raising in progress
1255                          * here: assign minus infinity to
1256                          * wr_start_at_switch_to_srt, to make sure
1257                          * that, at the end of the soft-real-time
1258                          * weight raising periods that is starting
1259                          * now, no interactive weight-raising period
1260                          * may be wrongly considered as still in
1261                          * progress (and thus actually started by
1262                          * mistake).
1263                          */
1264                         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt =
1265                                 bfq_smallest_from_now();
1266                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff *
1267                                 BFQ_SOFTRT_WEIGHT_FACTOR;
1268                         bfqq->wr_cur_max_time =
1269                                 bfqd->bfq_wr_rt_max_time;
1270                 }
1271
1272                 /*
1273                  * If needed, further reduce budget to make sure it is
1274                  * close to bfqq's backlog, so as to reduce the
1275                  * scheduling-error component due to a too large
1276                  * budget. Do not care about throughput consequences,
1277                  * but only about latency. Finally, do not assign a
1278                  * too small budget either, to avoid increasing
1279                  * latency by causing too frequent expirations.
1280                  */
1281                 bfqq->entity.budget = min_t(unsigned long,
1282                                             bfqq->entity.budget,
1283                                             2 * bfq_min_budget(bfqd));
1284         } else if (old_wr_coeff > 1) {
1285                 if (interactive) { /* update wr coeff and duration */
1286                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
1287                         bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
1288                 } else if (in_burst)
1289                         bfqq->wr_coeff = 1;
1290                 else if (soft_rt) {
1291                         /*
1292                          * The application is now or still meeting the
1293                          * requirements for being deemed soft rt.  We
1294                          * can then correctly and safely (re)charge
1295                          * the weight-raising duration for the
1296                          * application with the weight-raising
1297                          * duration for soft rt applications.
1298                          *
1299                          * In particular, doing this recharge now, i.e.,
1300                          * before the weight-raising period for the
1301                          * application finishes, reduces the probability
1302                          * of the following negative scenario:
1303                          * 1) the weight of a soft rt application is
1304                          *    raised at startup (as for any newly
1305                          *    created application),
1306                          * 2) since the application is not interactive,
1307                          *    at a certain time weight-raising is
1308                          *    stopped for the application,
1309                          * 3) at that time the application happens to
1310                          *    still have pending requests, and hence
1311                          *    is destined to not have a chance to be
1312                          *    deemed soft rt before these requests are
1313                          *    completed (see the comments to the
1314                          *    function bfq_bfqq_softrt_next_start()
1315                          *    for details on soft rt detection),
1316                          * 4) these pending requests experience a high
1317                          *    latency because the application is not
1318                          *    weight-raised while they are pending.
1319                          */
1320                         if (bfqq->wr_cur_max_time !=
1321                                 bfqd->bfq_wr_rt_max_time) {
1322                                 bfqq->wr_start_at_switch_to_srt =
1323                                         bfqq->last_wr_start_finish;
1324
1325                                 bfqq->wr_cur_max_time =
1326                                         bfqd->bfq_wr_rt_max_time;
1327                                 bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff *
1328                                         BFQ_SOFTRT_WEIGHT_FACTOR;
1329                         }
1330                         bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
1331                 }
1332         }
1333 }
1334
1335 static bool bfq_bfqq_idle_for_long_time(struct bfq_data *bfqd,
1336                                         struct bfq_queue *bfqq)
1337 {
1338         return bfqq->dispatched == 0 &&
1339                 time_is_before_jiffies(
1340                         bfqq->budget_timeout +
1341                         bfqd->bfq_wr_min_idle_time);
1342 }
1343
1344 static void bfq_bfqq_handle_idle_busy_switch(struct bfq_data *bfqd,
1345                                              struct bfq_queue *bfqq,
1346                                              int old_wr_coeff,
1347                                              struct request *rq,
1348                                              bool *interactive)
1349 {
1350         bool soft_rt, in_burst, wr_or_deserves_wr,
1351                 bfqq_wants_to_preempt,
1352                 idle_for_long_time = bfq_bfqq_idle_for_long_time(bfqd, bfqq),
1353                 /*
1354                  * See the comments on
1355                  * bfq_bfqq_update_budg_for_activation for
1356                  * details on the usage of the next variable.
1357                  */
1358                 arrived_in_time =  ktime_get_ns() <=
1359                         bfqq->ttime.last_end_request +
1360                         bfqd->bfq_slice_idle * 3;
1361
1362         bfqg_stats_update_io_add(bfqq_group(RQ_BFQQ(rq)), bfqq, rq->cmd_flags);
1363
1364         /*
1365          * bfqq deserves to be weight-raised if:
1366          * - it is sync,
1367          * - it does not belong to a large burst,
1368          * - it has been idle for enough time or is soft real-time,
1369          * - is linked to a bfq_io_cq (it is not shared in any sense).
1370          */
1371         in_burst = bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq);
1372         soft_rt = bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate > 0 &&
1373                 !in_burst &&
1374                 time_is_before_jiffies(bfqq->soft_rt_next_start);
1375         *interactive = !in_burst && idle_for_long_time;
1376         wr_or_deserves_wr = bfqd->low_latency &&
1377                 (bfqq->wr_coeff > 1 ||
1378                  (bfq_bfqq_sync(bfqq) &&
1379                   bfqq->bic && (*interactive || soft_rt)));
1380
1381         /*
1382          * Using the last flag, update budget and check whether bfqq
1383          * may want to preempt the in-service queue.
1384          */
1385         bfqq_wants_to_preempt =
1386                 bfq_bfqq_update_budg_for_activation(bfqd, bfqq,
1387                                                     arrived_in_time,
1388                                                     wr_or_deserves_wr);
1389
1390         /*
1391          * If bfqq happened to be activated in a burst, but has been
1392          * idle for much more than an interactive queue, then we
1393          * assume that, in the overall I/O initiated in the burst, the
1394          * I/O associated with bfqq is finished. So bfqq does not need
1395          * to be treated as a queue belonging to a burst
1396          * anymore. Accordingly, we reset bfqq's in_large_burst flag
1397          * if set, and remove bfqq from the burst list if it's
1398          * there. We do not decrement burst_size, because the fact
1399          * that bfqq does not need to belong to the burst list any
1400          * more does not invalidate the fact that bfqq was created in
1401          * a burst.
1402          */
1403         if (likely(!bfq_bfqq_just_created(bfqq)) &&
1404             idle_for_long_time &&
1405             time_is_before_jiffies(
1406                     bfqq->budget_timeout +
1407                     msecs_to_jiffies(10000))) {
1408                 hlist_del_init(&bfqq->burst_list_node);
1409                 bfq_clear_bfqq_in_large_burst(bfqq);
1410         }
1411
1412         bfq_clear_bfqq_just_created(bfqq);
1413
1414
1415         if (!bfq_bfqq_IO_bound(bfqq)) {
1416                 if (arrived_in_time) {
1417                         bfqq->requests_within_timer++;
1418                         if (bfqq->requests_within_timer >=
1419                             bfqd->bfq_requests_within_timer)
1420                                 bfq_mark_bfqq_IO_bound(bfqq);
1421                 } else
1422                         bfqq->requests_within_timer = 0;
1423         }
1424
1425         if (bfqd->low_latency) {
1426                 if (unlikely(time_is_after_jiffies(bfqq->split_time)))
1427                         /* wraparound */
1428                         bfqq->split_time =
1429                                 jiffies - bfqd->bfq_wr_min_idle_time - 1;
1430
1431                 if (time_is_before_jiffies(bfqq->split_time +
1432                                            bfqd->bfq_wr_min_idle_time)) {
1433                         bfq_update_bfqq_wr_on_rq_arrival(bfqd, bfqq,
1434                                                          old_wr_coeff,
1435                                                          wr_or_deserves_wr,
1436                                                          *interactive,
1437                                                          in_burst,
1438                                                          soft_rt);
1439
1440                         if (old_wr_coeff != bfqq->wr_coeff)
1441                                 bfqq->entity.prio_changed = 1;
1442                 }
1443         }
1444
1445         bfqq->last_idle_bklogged = jiffies;
1446         bfqq->service_from_backlogged = 0;
1447         bfq_clear_bfqq_softrt_update(bfqq);
1448
1449         bfq_add_bfqq_busy(bfqd, bfqq);
1450
1451         /*
1452          * Expire in-service queue only if preemption may be needed
1453          * for guarantees. In this respect, the function
1454          * next_queue_may_preempt just checks a simple, necessary
1455          * condition, and not a sufficient condition based on
1456          * timestamps. In fact, for the latter condition to be
1457          * evaluated, timestamps would need first to be updated, and
1458          * this operation is quite costly (see the comments on the
1459          * function bfq_bfqq_update_budg_for_activation).
1460          */
1461         if (bfqd->in_service_queue && bfqq_wants_to_preempt &&
1462             bfqd->in_service_queue->wr_coeff < bfqq->wr_coeff &&
1463             next_queue_may_preempt(bfqd))
1464                 bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqd->in_service_queue,
1465                                 false, BFQQE_PREEMPTED);
1466 }
1467
1468 static void bfq_add_request(struct request *rq)
1469 {
1470         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
1471         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
1472         struct request *next_rq, *prev;
1473         unsigned int old_wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
1474         bool interactive = false;
1475
1476         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "add_request %d", rq_is_sync(rq));
1477         bfqq->queued[rq_is_sync(rq)]++;
1478         bfqd->queued++;
1479
1480         elv_rb_add(&bfqq->sort_list, rq);
1481
1482         /*
1483          * Check if this request is a better next-serve candidate.
1484          */
1485         prev = bfqq->next_rq;
1486         next_rq = bfq_choose_req(bfqd, bfqq->next_rq, rq, bfqd->last_position);
1487         bfqq->next_rq = next_rq;
1488
1489         /*
1490          * Adjust priority tree position, if next_rq changes.
1491          */
1492         if (prev != bfqq->next_rq)
1493                 bfq_pos_tree_add_move(bfqd, bfqq);
1494
1495         if (!bfq_bfqq_busy(bfqq)) /* switching to busy ... */
1496                 bfq_bfqq_handle_idle_busy_switch(bfqd, bfqq, old_wr_coeff,
1497                                                  rq, &interactive);
1498         else {
1499                 if (bfqd->low_latency && old_wr_coeff == 1 && !rq_is_sync(rq) &&
1500                     time_is_before_jiffies(
1501                                 bfqq->last_wr_start_finish +
1502                                 bfqd->bfq_wr_min_inter_arr_async)) {
1503                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
1504                         bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
1505
1506                         bfqd->wr_busy_queues++;
1507                         bfqq->entity.prio_changed = 1;
1508                 }
1509                 if (prev != bfqq->next_rq)
1510                         bfq_updated_next_req(bfqd, bfqq);
1511         }
1512
1513         /*
1514          * Assign jiffies to last_wr_start_finish in the following
1515          * cases:
1516          *
1517          * . if bfqq is not going to be weight-raised, because, for
1518          *   non weight-raised queues, last_wr_start_finish stores the
1519          *   arrival time of the last request; as of now, this piece
1520          *   of information is used only for deciding whether to
1521          *   weight-raise async queues
1522          *
1523          * . if bfqq is not weight-raised, because, if bfqq is now
1524          *   switching to weight-raised, then last_wr_start_finish
1525          *   stores the time when weight-raising starts
1526          *
1527          * . if bfqq is interactive, because, regardless of whether
1528          *   bfqq is currently weight-raised, the weight-raising
1529          *   period must start or restart (this case is considered
1530          *   separately because it is not detected by the above
1531          *   conditions, if bfqq is already weight-raised)
1532          *
1533          * last_wr_start_finish has to be updated also if bfqq is soft
1534          * real-time, because the weight-raising period is constantly
1535          * restarted on idle-to-busy transitions for these queues, but
1536          * this is already done in bfq_bfqq_handle_idle_busy_switch if
1537          * needed.
1538          */
1539         if (bfqd->low_latency &&
1540                 (old_wr_coeff == 1 || bfqq->wr_coeff == 1 || interactive))
1541                 bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
1542 }
1543
1544 static struct request *bfq_find_rq_fmerge(struct bfq_data *bfqd,
1545                                           struct bio *bio,
1546                                           struct request_queue *q)
1547 {
1548         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->bio_bfqq;
1549
1550
1551         if (bfqq)
1552                 return elv_rb_find(&bfqq->sort_list, bio_end_sector(bio));
1553
1554         return NULL;
1555 }
1556
1557 static sector_t get_sdist(sector_t last_pos, struct request *rq)
1558 {
1559         if (last_pos)
1560                 return abs(blk_rq_pos(rq) - last_pos);
1561
1562         return 0;
1563 }
1564
1565 #if 0 /* Still not clear if we can do without next two functions */
1566 static void bfq_activate_request(struct request_queue *q, struct request *rq)
1567 {
1568         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
1569
1570         bfqd->rq_in_driver++;
1571 }
1572
1573 static void bfq_deactivate_request(struct request_queue *q, struct request *rq)
1574 {
1575         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
1576
1577         bfqd->rq_in_driver--;
1578 }
1579 #endif
1580
1581 static void bfq_remove_request(struct request_queue *q,
1582                                struct request *rq)
1583 {
1584         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
1585         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
1586         const int sync = rq_is_sync(rq);
1587
1588         if (bfqq->next_rq == rq) {
1589                 bfqq->next_rq = bfq_find_next_rq(bfqd, bfqq, rq);
1590                 bfq_updated_next_req(bfqd, bfqq);
1591         }
1592
1593         if (rq->queuelist.prev != &rq->queuelist)
1594                 list_del_init(&rq->queuelist);
1595         bfqq->queued[sync]--;
1596         bfqd->queued--;
1597         elv_rb_del(&bfqq->sort_list, rq);
1598
1599         elv_rqhash_del(q, rq);
1600         if (q->last_merge == rq)
1601                 q->last_merge = NULL;
1602
1603         if (RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list)) {
1604                 bfqq->next_rq = NULL;
1605
1606                 if (bfq_bfqq_busy(bfqq) && bfqq != bfqd->in_service_queue) {
1607                         bfq_del_bfqq_busy(bfqd, bfqq, false);
1608                         /*
1609                          * bfqq emptied. In normal operation, when
1610                          * bfqq is empty, bfqq->entity.service and
1611                          * bfqq->entity.budget must contain,
1612                          * respectively, the service received and the
1613                          * budget used last time bfqq emptied. These
1614                          * facts do not hold in this case, as at least
1615                          * this last removal occurred while bfqq is
1616                          * not in service. To avoid inconsistencies,
1617                          * reset both bfqq->entity.service and
1618                          * bfqq->entity.budget, if bfqq has still a
1619                          * process that may issue I/O requests to it.
1620                          */
1621                         bfqq->entity.budget = bfqq->entity.service = 0;
1622                 }
1623
1624                 /*
1625                  * Remove queue from request-position tree as it is empty.
1626                  */
1627                 if (bfqq->pos_root) {
1628                         rb_erase(&bfqq->pos_node, bfqq->pos_root);
1629                         bfqq->pos_root = NULL;
1630                 }
1631         }
1632
1633         if (rq->cmd_flags & REQ_META)
1634                 bfqq->meta_pending--;
1635
1636         bfqg_stats_update_io_remove(bfqq_group(bfqq), rq->cmd_flags);
1637 }
1638
1639 static bool bfq_bio_merge(struct blk_mq_hw_ctx *hctx, struct bio *bio)
1640 {
1641         struct request_queue *q = hctx->queue;
1642         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
1643         struct request *free = NULL;
1644         /*
1645          * bfq_bic_lookup grabs the queue_lock: invoke it now and
1646          * store its return value for later use, to avoid nesting
1647          * queue_lock inside the bfqd->lock. We assume that the bic
1648          * returned by bfq_bic_lookup does not go away before
1649          * bfqd->lock is taken.
1650          */
1651         struct bfq_io_cq *bic = bfq_bic_lookup(bfqd, current->io_context, q);
1652         bool ret;
1653
1654         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
1655
1656         if (bic)
1657                 bfqd->bio_bfqq = bic_to_bfqq(bic, op_is_sync(bio->bi_opf));
1658         else
1659                 bfqd->bio_bfqq = NULL;
1660         bfqd->bio_bic = bic;
1661
1662         ret = blk_mq_sched_try_merge(q, bio, &free);
1663
1664         if (free)
1665                 blk_mq_free_request(free);
1666         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
1667
1668         return ret;
1669 }
1670
1671 static int bfq_request_merge(struct request_queue *q, struct request **req,
1672                              struct bio *bio)
1673 {
1674         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
1675         struct request *__rq;
1676
1677         __rq = bfq_find_rq_fmerge(bfqd, bio, q);
1678         if (__rq && elv_bio_merge_ok(__rq, bio)) {
1679                 *req = __rq;
1680                 return ELEVATOR_FRONT_MERGE;
1681         }
1682
1683         return ELEVATOR_NO_MERGE;
1684 }
1685
1686 static void bfq_request_merged(struct request_queue *q, struct request *req,
1687                                enum elv_merge type)
1688 {
1689         if (type == ELEVATOR_FRONT_MERGE &&
1690             rb_prev(&req->rb_node) &&
1691             blk_rq_pos(req) <
1692             blk_rq_pos(container_of(rb_prev(&req->rb_node),
1693                                     struct request, rb_node))) {
1694                 struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(req);
1695                 struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
1696                 struct request *prev, *next_rq;
1697
1698                 /* Reposition request in its sort_list */
1699                 elv_rb_del(&bfqq->sort_list, req);
1700                 elv_rb_add(&bfqq->sort_list, req);
1701
1702                 /* Choose next request to be served for bfqq */
1703                 prev = bfqq->next_rq;
1704                 next_rq = bfq_choose_req(bfqd, bfqq->next_rq, req,
1705                                          bfqd->last_position);
1706                 bfqq->next_rq = next_rq;
1707                 /*
1708                  * If next_rq changes, update both the queue's budget to
1709                  * fit the new request and the queue's position in its
1710                  * rq_pos_tree.
1711                  */
1712                 if (prev != bfqq->next_rq) {
1713                         bfq_updated_next_req(bfqd, bfqq);
1714                         bfq_pos_tree_add_move(bfqd, bfqq);
1715                 }
1716         }
1717 }
1718
1719 static void bfq_requests_merged(struct request_queue *q, struct request *rq,
1720                                 struct request *next)
1721 {
1722         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq), *next_bfqq = RQ_BFQQ(next);
1723
1724         if (!RB_EMPTY_NODE(&rq->rb_node))
1725                 goto end;
1726         spin_lock_irq(&bfqq->bfqd->lock);
1727
1728         /*
1729          * If next and rq belong to the same bfq_queue and next is older
1730          * than rq, then reposition rq in the fifo (by substituting next
1731          * with rq). Otherwise, if next and rq belong to different
1732          * bfq_queues, never reposition rq: in fact, we would have to
1733          * reposition it with respect to next's position in its own fifo,
1734          * which would most certainly be too expensive with respect to
1735          * the benefits.
1736          */
1737         if (bfqq == next_bfqq &&
1738             !list_empty(&rq->queuelist) && !list_empty(&next->queuelist) &&
1739             next->fifo_time < rq->fifo_time) {
1740                 list_del_init(&rq->queuelist);
1741                 list_replace_init(&next->queuelist, &rq->queuelist);
1742                 rq->fifo_time = next->fifo_time;
1743         }
1744
1745         if (bfqq->next_rq == next)
1746                 bfqq->next_rq = rq;
1747
1748         bfq_remove_request(q, next);
1749
1750         spin_unlock_irq(&bfqq->bfqd->lock);
1751 end:
1752         bfqg_stats_update_io_merged(bfqq_group(bfqq), next->cmd_flags);
1753 }
1754
1755 /* Must be called with bfqq != NULL */
1756 static void bfq_bfqq_end_wr(struct bfq_queue *bfqq)
1757 {
1758         if (bfq_bfqq_busy(bfqq))
1759                 bfqq->bfqd->wr_busy_queues--;
1760         bfqq->wr_coeff = 1;
1761         bfqq->wr_cur_max_time = 0;
1762         bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
1763         /*
1764          * Trigger a weight change on the next invocation of
1765          * __bfq_entity_update_weight_prio.
1766          */
1767         bfqq->entity.prio_changed = 1;
1768 }
1769
1770 void bfq_end_wr_async_queues(struct bfq_data *bfqd,
1771                              struct bfq_group *bfqg)
1772 {
1773         int i, j;
1774
1775         for (i = 0; i < 2; i++)
1776                 for (j = 0; j < IOPRIO_BE_NR; j++)
1777                         if (bfqg->async_bfqq[i][j])
1778                                 bfq_bfqq_end_wr(bfqg->async_bfqq[i][j]);
1779         if (bfqg->async_idle_bfqq)
1780                 bfq_bfqq_end_wr(bfqg->async_idle_bfqq);
1781 }
1782
1783 static void bfq_end_wr(struct bfq_data *bfqd)
1784 {
1785         struct bfq_queue *bfqq;
1786
1787         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
1788
1789         list_for_each_entry(bfqq, &bfqd->active_list, bfqq_list)
1790                 bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
1791         list_for_each_entry(bfqq, &bfqd->idle_list, bfqq_list)
1792                 bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
1793         bfq_end_wr_async(bfqd);
1794
1795         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
1796 }
1797
1798 static sector_t bfq_io_struct_pos(void *io_struct, bool request)
1799 {
1800         if (request)
1801                 return blk_rq_pos(io_struct);
1802         else
1803                 return ((struct bio *)io_struct)->bi_iter.bi_sector;
1804 }
1805
1806 static int bfq_rq_close_to_sector(void *io_struct, bool request,
1807                                   sector_t sector)
1808 {
1809         return abs(bfq_io_struct_pos(io_struct, request) - sector) <=
1810                BFQQ_CLOSE_THR;
1811 }
1812
1813 static struct bfq_queue *bfqq_find_close(struct bfq_data *bfqd,
1814                                          struct bfq_queue *bfqq,
1815                                          sector_t sector)
1816 {
1817         struct rb_root *root = &bfq_bfqq_to_bfqg(bfqq)->rq_pos_tree;
1818         struct rb_node *parent, *node;
1819         struct bfq_queue *__bfqq;
1820
1821         if (RB_EMPTY_ROOT(root))
1822                 return NULL;
1823
1824         /*
1825          * First, if we find a request starting at the end of the last
1826          * request, choose it.
1827          */
1828         __bfqq = bfq_rq_pos_tree_lookup(bfqd, root, sector, &parent, NULL);
1829         if (__bfqq)
1830                 return __bfqq;
1831
1832         /*
1833          * If the exact sector wasn't found, the parent of the NULL leaf
1834          * will contain the closest sector (rq_pos_tree sorted by
1835          * next_request position).
1836          */
1837         __bfqq = rb_entry(parent, struct bfq_queue, pos_node);
1838         if (bfq_rq_close_to_sector(__bfqq->next_rq, true, sector))
1839                 return __bfqq;
1840
1841         if (blk_rq_pos(__bfqq->next_rq) < sector)
1842                 node = rb_next(&__bfqq->pos_node);
1843         else
1844                 node = rb_prev(&__bfqq->pos_node);
1845         if (!node)
1846                 return NULL;
1847
1848         __bfqq = rb_entry(node, struct bfq_queue, pos_node);
1849         if (bfq_rq_close_to_sector(__bfqq->next_rq, true, sector))
1850                 return __bfqq;
1851
1852         return NULL;
1853 }
1854
1855 static struct bfq_queue *bfq_find_close_cooperator(struct bfq_data *bfqd,
1856                                                    struct bfq_queue *cur_bfqq,
1857                                                    sector_t sector)
1858 {
1859         struct bfq_queue *bfqq;
1860
1861         /*
1862          * We shall notice if some of the queues are cooperating,
1863          * e.g., working closely on the same area of the device. In
1864          * that case, we can group them together and: 1) don't waste
1865          * time idling, and 2) serve the union of their requests in
1866          * the best possible order for throughput.
1867          */
1868         bfqq = bfqq_find_close(bfqd, cur_bfqq, sector);
1869         if (!bfqq || bfqq == cur_bfqq)
1870                 return NULL;
1871
1872         return bfqq;
1873 }
1874
1875 static struct bfq_queue *
1876 bfq_setup_merge(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_queue *new_bfqq)
1877 {
1878         int process_refs, new_process_refs;
1879         struct bfq_queue *__bfqq;
1880
1881         /*
1882          * If there are no process references on the new_bfqq, then it is
1883          * unsafe to follow the ->new_bfqq chain as other bfqq's in the chain
1884          * may have dropped their last reference (not just their last process
1885          * reference).
1886          */
1887         if (!bfqq_process_refs(new_bfqq))
1888                 return NULL;
1889
1890         /* Avoid a circular list and skip interim queue merges. */
1891         while ((__bfqq = new_bfqq->new_bfqq)) {
1892                 if (__bfqq == bfqq)
1893                         return NULL;
1894                 new_bfqq = __bfqq;
1895         }
1896
1897         process_refs = bfqq_process_refs(bfqq);
1898         new_process_refs = bfqq_process_refs(new_bfqq);
1899         /*
1900          * If the process for the bfqq has gone away, there is no
1901          * sense in merging the queues.
1902          */
1903         if (process_refs == 0 || new_process_refs == 0)
1904                 return NULL;
1905
1906         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "scheduling merge with queue %d",
1907                 new_bfqq->pid);
1908
1909         /*
1910          * Merging is just a redirection: the requests of the process
1911          * owning one of the two queues are redirected to the other queue.
1912          * The latter queue, in its turn, is set as shared if this is the
1913          * first time that the requests of some process are redirected to
1914          * it.
1915          *
1916          * We redirect bfqq to new_bfqq and not the opposite, because
1917          * we are in the context of the process owning bfqq, thus we
1918          * have the io_cq of this process. So we can immediately
1919          * configure this io_cq to redirect the requests of the
1920          * process to new_bfqq. In contrast, the io_cq of new_bfqq is
1921          * not available any more (new_bfqq->bic == NULL).
1922          *
1923          * Anyway, even in case new_bfqq coincides with the in-service
1924          * queue, redirecting requests the in-service queue is the
1925          * best option, as we feed the in-service queue with new
1926          * requests close to the last request served and, by doing so,
1927          * are likely to increase the throughput.
1928          */
1929         bfqq->new_bfqq = new_bfqq;
1930         new_bfqq->ref += process_refs;
1931         return new_bfqq;
1932 }
1933
1934 static bool bfq_may_be_close_cooperator(struct bfq_queue *bfqq,
1935                                         struct bfq_queue *new_bfqq)
1936 {
1937         if (bfq_class_idle(bfqq) || bfq_class_idle(new_bfqq) ||
1938             (bfqq->ioprio_class != new_bfqq->ioprio_class))
1939                 return false;
1940
1941         /*
1942          * If either of the queues has already been detected as seeky,
1943          * then merging it with the other queue is unlikely to lead to
1944          * sequential I/O.
1945          */
1946         if (BFQQ_SEEKY(bfqq) || BFQQ_SEEKY(new_bfqq))
1947                 return false;
1948
1949         /*
1950          * Interleaved I/O is known to be done by (some) applications
1951          * only for reads, so it does not make sense to merge async
1952          * queues.
1953          */
1954         if (!bfq_bfqq_sync(bfqq) || !bfq_bfqq_sync(new_bfqq))
1955                 return false;
1956
1957         return true;
1958 }
1959
1960 /*
1961  * If this function returns true, then bfqq cannot be merged. The idea
1962  * is that true cooperation happens very early after processes start
1963  * to do I/O. Usually, late cooperations are just accidental false
1964  * positives. In case bfqq is weight-raised, such false positives
1965  * would evidently degrade latency guarantees for bfqq.
1966  */
1967 static bool wr_from_too_long(struct bfq_queue *bfqq)
1968 {
1969         return bfqq->wr_coeff > 1 &&
1970                 time_is_before_jiffies(bfqq->last_wr_start_finish +
1971                                        msecs_to_jiffies(100));
1972 }
1973
1974 /*
1975  * Attempt to schedule a merge of bfqq with the currently in-service
1976  * queue or with a close queue among the scheduled queues.  Return
1977  * NULL if no merge was scheduled, a pointer to the shared bfq_queue
1978  * structure otherwise.
1979  *
1980  * The OOM queue is not allowed to participate to cooperation: in fact, since
1981  * the requests temporarily redirected to the OOM queue could be redirected
1982  * again to dedicated queues at any time, the state needed to correctly
1983  * handle merging with the OOM queue would be quite complex and expensive
1984  * to maintain. Besides, in such a critical condition as an out of memory,
1985  * the benefits of queue merging may be little relevant, or even negligible.
1986  *
1987  * Weight-raised queues can be merged only if their weight-raising
1988  * period has just started. In fact cooperating processes are usually
1989  * started together. Thus, with this filter we avoid false positives
1990  * that would jeopardize low-latency guarantees.
1991  *
1992  * WARNING: queue merging may impair fairness among non-weight raised
1993  * queues, for at least two reasons: 1) the original weight of a
1994  * merged queue may change during the merged state, 2) even being the
1995  * weight the same, a merged queue may be bloated with many more
1996  * requests than the ones produced by its originally-associated
1997  * process.
1998  */
1999 static struct bfq_queue *
2000 bfq_setup_cooperator(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
2001                      void *io_struct, bool request)
2002 {
2003         struct bfq_queue *in_service_bfqq, *new_bfqq;
2004
2005         if (bfqq->new_bfqq)
2006                 return bfqq->new_bfqq;
2007
2008         if (!io_struct ||
2009             wr_from_too_long(bfqq) ||
2010             unlikely(bfqq == &bfqd->oom_bfqq))
2011                 return NULL;
2012
2013         /* If there is only one backlogged queue, don't search. */
2014         if (bfqd->busy_queues == 1)
2015                 return NULL;
2016
2017         in_service_bfqq = bfqd->in_service_queue;
2018
2019         if (!in_service_bfqq || in_service_bfqq == bfqq
2020             || wr_from_too_long(in_service_bfqq) ||
2021             unlikely(in_service_bfqq == &bfqd->oom_bfqq))
2022                 goto check_scheduled;
2023
2024         if (bfq_rq_close_to_sector(io_struct, request, bfqd->last_position) &&
2025             bfqq->entity.parent == in_service_bfqq->entity.parent &&
2026             bfq_may_be_close_cooperator(bfqq, in_service_bfqq)) {
2027                 new_bfqq = bfq_setup_merge(bfqq, in_service_bfqq);
2028                 if (new_bfqq)
2029                         return new_bfqq;
2030         }
2031         /*
2032          * Check whether there is a cooperator among currently scheduled
2033          * queues. The only thing we need is that the bio/request is not
2034          * NULL, as we need it to establish whether a cooperator exists.
2035          */
2036 check_scheduled:
2037         new_bfqq = bfq_find_close_cooperator(bfqd, bfqq,
2038                         bfq_io_struct_pos(io_struct, request));
2039
2040         if (new_bfqq && !wr_from_too_long(new_bfqq) &&
2041             likely(new_bfqq != &bfqd->oom_bfqq) &&
2042             bfq_may_be_close_cooperator(bfqq, new_bfqq))
2043                 return bfq_setup_merge(bfqq, new_bfqq);
2044
2045         return NULL;
2046 }
2047
2048 static void bfq_bfqq_save_state(struct bfq_queue *bfqq)
2049 {
2050         struct bfq_io_cq *bic = bfqq->bic;
2051
2052         /*
2053          * If !bfqq->bic, the queue is already shared or its requests
2054          * have already been redirected to a shared queue; both idle window
2055          * and weight raising state have already been saved. Do nothing.
2056          */
2057         if (!bic)
2058                 return;
2059
2060         bic->saved_ttime = bfqq->ttime;
2061         bic->saved_has_short_ttime = bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
2062         bic->saved_IO_bound = bfq_bfqq_IO_bound(bfqq);
2063         bic->saved_in_large_burst = bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq);
2064         bic->was_in_burst_list = !hlist_unhashed(&bfqq->burst_list_node);
2065         if (unlikely(bfq_bfqq_just_created(bfqq) &&
2066                      !bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq))) {
2067                 /*
2068                  * bfqq being merged right after being created: bfqq
2069                  * would have deserved interactive weight raising, but
2070                  * did not make it to be set in a weight-raised state,
2071                  * because of this early merge. Store directly the
2072                  * weight-raising state that would have been assigned
2073                  * to bfqq, so that to avoid that bfqq unjustly fails
2074                  * to enjoy weight raising if split soon.
2075                  */
2076                 bic->saved_wr_coeff = bfqq->bfqd->bfq_wr_coeff;
2077                 bic->saved_wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqq->bfqd);
2078                 bic->saved_last_wr_start_finish = jiffies;
2079         } else {
2080                 bic->saved_wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
2081                 bic->saved_wr_start_at_switch_to_srt =
2082                         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt;
2083                 bic->saved_last_wr_start_finish = bfqq->last_wr_start_finish;
2084                 bic->saved_wr_cur_max_time = bfqq->wr_cur_max_time;
2085         }
2086 }
2087
2088 static void
2089 bfq_merge_bfqqs(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_io_cq *bic,
2090                 struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_queue *new_bfqq)
2091 {
2092         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "merging with queue %lu",
2093                 (unsigned long)new_bfqq->pid);
2094         /* Save weight raising and idle window of the merged queues */
2095         bfq_bfqq_save_state(bfqq);
2096         bfq_bfqq_save_state(new_bfqq);
2097         if (bfq_bfqq_IO_bound(bfqq))
2098                 bfq_mark_bfqq_IO_bound(new_bfqq);
2099         bfq_clear_bfqq_IO_bound(bfqq);
2100
2101         /*
2102          * If bfqq is weight-raised, then let new_bfqq inherit
2103          * weight-raising. To reduce false positives, neglect the case
2104          * where bfqq has just been created, but has not yet made it
2105          * to be weight-raised (which may happen because EQM may merge
2106          * bfqq even before bfq_add_request is executed for the first
2107          * time for bfqq). Handling this case would however be very
2108          * easy, thanks to the flag just_created.
2109          */
2110         if (new_bfqq->wr_coeff == 1 && bfqq->wr_coeff > 1) {
2111                 new_bfqq->wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
2112                 new_bfqq->wr_cur_max_time = bfqq->wr_cur_max_time;
2113                 new_bfqq->last_wr_start_finish = bfqq->last_wr_start_finish;
2114                 new_bfqq->wr_start_at_switch_to_srt =
2115                         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt;
2116                 if (bfq_bfqq_busy(new_bfqq))
2117                         bfqd->wr_busy_queues++;
2118                 new_bfqq->entity.prio_changed = 1;
2119         }
2120
2121         if (bfqq->wr_coeff > 1) { /* bfqq has given its wr to new_bfqq */
2122                 bfqq->wr_coeff = 1;
2123                 bfqq->entity.prio_changed = 1;
2124                 if (bfq_bfqq_busy(bfqq))
2125                         bfqd->wr_busy_queues--;
2126         }
2127
2128         bfq_log_bfqq(bfqd, new_bfqq, "merge_bfqqs: wr_busy %d",
2129                      bfqd->wr_busy_queues);
2130
2131         /*
2132          * Merge queues (that is, let bic redirect its requests to new_bfqq)
2133          */
2134         bic_set_bfqq(bic, new_bfqq, 1);
2135         bfq_mark_bfqq_coop(new_bfqq);
2136         /*
2137          * new_bfqq now belongs to at least two bics (it is a shared queue):
2138          * set new_bfqq->bic to NULL. bfqq either:
2139          * - does not belong to any bic any more, and hence bfqq->bic must
2140          *   be set to NULL, or
2141          * - is a queue whose owning bics have already been redirected to a
2142          *   different queue, hence the queue is destined to not belong to
2143          *   any bic soon and bfqq->bic is already NULL (therefore the next
2144          *   assignment causes no harm).
2145          */
2146         new_bfqq->bic = NULL;
2147         bfqq->bic = NULL;
2148         /* release process reference to bfqq */
2149         bfq_put_queue(bfqq);
2150 }
2151
2152 static bool bfq_allow_bio_merge(struct request_queue *q, struct request *rq,
2153                                 struct bio *bio)
2154 {
2155         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
2156         bool is_sync = op_is_sync(bio->bi_opf);
2157         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->bio_bfqq, *new_bfqq;
2158
2159         /*
2160          * Disallow merge of a sync bio into an async request.
2161          */
2162         if (is_sync && !rq_is_sync(rq))
2163                 return false;
2164
2165         /*
2166          * Lookup the bfqq that this bio will be queued with. Allow
2167          * merge only if rq is queued there.
2168          */
2169         if (!bfqq)
2170                 return false;
2171
2172         /*
2173          * We take advantage of this function to perform an early merge
2174          * of the queues of possible cooperating processes.
2175          */
2176         new_bfqq = bfq_setup_cooperator(bfqd, bfqq, bio, false);
2177         if (new_bfqq) {
2178                 /*
2179                  * bic still points to bfqq, then it has not yet been
2180                  * redirected to some other bfq_queue, and a queue
2181                  * merge beween bfqq and new_bfqq can be safely
2182                  * fulfillled, i.e., bic can be redirected to new_bfqq
2183                  * and bfqq can be put.
2184                  */
2185                 bfq_merge_bfqqs(bfqd, bfqd->bio_bic, bfqq,
2186                                 new_bfqq);
2187                 /*
2188                  * If we get here, bio will be queued into new_queue,
2189                  * so use new_bfqq to decide whether bio and rq can be
2190                  * merged.
2191                  */
2192                 bfqq = new_bfqq;
2193
2194                 /*
2195                  * Change also bqfd->bio_bfqq, as
2196                  * bfqd->bio_bic now points to new_bfqq, and
2197                  * this function may be invoked again (and then may
2198                  * use again bqfd->bio_bfqq).
2199                  */
2200                 bfqd->bio_bfqq = bfqq;
2201         }
2202
2203         return bfqq == RQ_BFQQ(rq);
2204 }
2205
2206 /*
2207  * Set the maximum time for the in-service queue to consume its
2208  * budget. This prevents seeky processes from lowering the throughput.
2209  * In practice, a time-slice service scheme is used with seeky
2210  * processes.
2211  */
2212 static void bfq_set_budget_timeout(struct bfq_data *bfqd,
2213                                    struct bfq_queue *bfqq)
2214 {
2215         unsigned int timeout_coeff;
2216
2217         if (bfqq->wr_cur_max_time == bfqd->bfq_wr_rt_max_time)
2218                 timeout_coeff = 1;
2219         else
2220                 timeout_coeff = bfqq->entity.weight / bfqq->entity.orig_weight;
2221
2222         bfqd->last_budget_start = ktime_get();
2223
2224         bfqq->budget_timeout = jiffies +
2225                 bfqd->bfq_timeout * timeout_coeff;
2226 }
2227
2228 static void __bfq_set_in_service_queue(struct bfq_data *bfqd,
2229                                        struct bfq_queue *bfqq)
2230 {
2231         if (bfqq) {
2232                 bfqg_stats_update_avg_queue_size(bfqq_group(bfqq));
2233                 bfq_clear_bfqq_fifo_expire(bfqq);
2234
2235                 bfqd->budgets_assigned = (bfqd->budgets_assigned * 7 + 256) / 8;
2236
2237                 if (time_is_before_jiffies(bfqq->last_wr_start_finish) &&
2238                     bfqq->wr_coeff > 1 &&
2239                     bfqq->wr_cur_max_time == bfqd->bfq_wr_rt_max_time &&
2240                     time_is_before_jiffies(bfqq->budget_timeout)) {
2241                         /*
2242                          * For soft real-time queues, move the start
2243                          * of the weight-raising period forward by the
2244                          * time the queue has not received any
2245                          * service. Otherwise, a relatively long
2246                          * service delay is likely to cause the
2247                          * weight-raising period of the queue to end,
2248                          * because of the short duration of the
2249                          * weight-raising period of a soft real-time
2250                          * queue.  It is worth noting that this move
2251                          * is not so dangerous for the other queues,
2252                          * because soft real-time queues are not
2253                          * greedy.
2254                          *
2255                          * To not add a further variable, we use the
2256                          * overloaded field budget_timeout to
2257                          * determine for how long the queue has not
2258                          * received service, i.e., how much time has
2259                          * elapsed since the queue expired. However,
2260                          * this is a little imprecise, because
2261                          * budget_timeout is set to jiffies if bfqq
2262                          * not only expires, but also remains with no
2263                          * request.
2264                          */
2265                         if (time_after(bfqq->budget_timeout,
2266                                        bfqq->last_wr_start_finish))
2267                                 bfqq->last_wr_start_finish +=
2268                                         jiffies - bfqq->budget_timeout;
2269                         else
2270                                 bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
2271                 }
2272
2273                 bfq_set_budget_timeout(bfqd, bfqq);
2274                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq,
2275                              "set_in_service_queue, cur-budget = %d",
2276                              bfqq->entity.budget);
2277         }
2278
2279         bfqd->in_service_queue = bfqq;
2280 }
2281
2282 /*
2283  * Get and set a new queue for service.
2284  */
2285 static struct bfq_queue *bfq_set_in_service_queue(struct bfq_data *bfqd)
2286 {
2287         struct bfq_queue *bfqq = bfq_get_next_queue(bfqd);
2288
2289         __bfq_set_in_service_queue(bfqd, bfqq);
2290         return bfqq;
2291 }
2292
2293 static void bfq_arm_slice_timer(struct bfq_data *bfqd)
2294 {
2295         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->in_service_queue;
2296         u32 sl;
2297
2298         bfq_mark_bfqq_wait_request(bfqq);
2299
2300         /*
2301          * We don't want to idle for seeks, but we do want to allow
2302          * fair distribution of slice time for a process doing back-to-back
2303          * seeks. So allow a little bit of time for him to submit a new rq.
2304          */
2305         sl = bfqd->bfq_slice_idle;
2306         /*
2307          * Unless the queue is being weight-raised or the scenario is
2308          * asymmetric, grant only minimum idle time if the queue
2309          * is seeky. A long idling is preserved for a weight-raised
2310          * queue, or, more in general, in an asymmetric scenario,
2311          * because a long idling is needed for guaranteeing to a queue
2312          * its reserved share of the throughput (in particular, it is
2313          * needed if the queue has a higher weight than some other
2314          * queue).
2315          */
2316         if (BFQQ_SEEKY(bfqq) && bfqq->wr_coeff == 1 &&
2317             bfq_symmetric_scenario(bfqd))
2318                 sl = min_t(u64, sl, BFQ_MIN_TT);
2319
2320         bfqd->last_idling_start = ktime_get();
2321         hrtimer_start(&bfqd->idle_slice_timer, ns_to_ktime(sl),
2322                       HRTIMER_MODE_REL);
2323         bfqg_stats_set_start_idle_time(bfqq_group(bfqq));
2324 }
2325
2326 /*
2327  * In autotuning mode, max_budget is dynamically recomputed as the
2328  * amount of sectors transferred in timeout at the estimated peak
2329  * rate. This enables BFQ to utilize a full timeslice with a full
2330  * budget, even if the in-service queue is served at peak rate. And
2331  * this maximises throughput with sequential workloads.
2332  */
2333 static unsigned long bfq_calc_max_budget(struct bfq_data *bfqd)
2334 {
2335         return (u64)bfqd->peak_rate * USEC_PER_MSEC *
2336                 jiffies_to_msecs(bfqd->bfq_timeout)>>BFQ_RATE_SHIFT;
2337 }
2338
2339 /*
2340  * Update parameters related to throughput and responsiveness, as a
2341  * function of the estimated peak rate. See comments on
2342  * bfq_calc_max_budget(), and on T_slow and T_fast arrays.
2343  */
2344 static void update_thr_responsiveness_params(struct bfq_data *bfqd)
2345 {
2346         int dev_type = blk_queue_nonrot(bfqd->queue);
2347
2348         if (bfqd->bfq_user_max_budget == 0)
2349                 bfqd->bfq_max_budget =
2350                         bfq_calc_max_budget(bfqd);
2351
2352         if (bfqd->device_speed == BFQ_BFQD_FAST &&
2353             bfqd->peak_rate < device_speed_thresh[dev_type]) {
2354                 bfqd->device_speed = BFQ_BFQD_SLOW;
2355                 bfqd->RT_prod = R_slow[dev_type] *
2356                         T_slow[dev_type];
2357         } else if (bfqd->device_speed == BFQ_BFQD_SLOW &&
2358                    bfqd->peak_rate > device_speed_thresh[dev_type]) {
2359                 bfqd->device_speed = BFQ_BFQD_FAST;
2360                 bfqd->RT_prod = R_fast[dev_type] *
2361                         T_fast[dev_type];
2362         }
2363
2364         bfq_log(bfqd,
2365 "dev_type %s dev_speed_class = %s (%llu sects/sec), thresh %llu setcs/sec",
2366                 dev_type == 0 ? "ROT" : "NONROT",
2367                 bfqd->device_speed == BFQ_BFQD_FAST ? "FAST" : "SLOW",
2368                 bfqd->device_speed == BFQ_BFQD_FAST ?
2369                 (USEC_PER_SEC*(u64)R_fast[dev_type])>>BFQ_RATE_SHIFT :
2370                 (USEC_PER_SEC*(u64)R_slow[dev_type])>>BFQ_RATE_SHIFT,
2371                 (USEC_PER_SEC*(u64)device_speed_thresh[dev_type])>>
2372                 BFQ_RATE_SHIFT);
2373 }
2374
2375 static void bfq_reset_rate_computation(struct bfq_data *bfqd,
2376                                        struct request *rq)
2377 {
2378         if (rq != NULL) { /* new rq dispatch now, reset accordingly */
2379                 bfqd->last_dispatch = bfqd->first_dispatch = ktime_get_ns();
2380                 bfqd->peak_rate_samples = 1;
2381                 bfqd->sequential_samples = 0;
2382                 bfqd->tot_sectors_dispatched = bfqd->last_rq_max_size =
2383                         blk_rq_sectors(rq);
2384         } else /* no new rq dispatched, just reset the number of samples */
2385                 bfqd->peak_rate_samples = 0; /* full re-init on next disp. */
2386
2387         bfq_log(bfqd,
2388                 "reset_rate_computation at end, sample %u/%u tot_sects %llu",
2389                 bfqd->peak_rate_samples, bfqd->sequential_samples,
2390                 bfqd->tot_sectors_dispatched);
2391 }
2392
2393 static void bfq_update_rate_reset(struct bfq_data *bfqd, struct request *rq)
2394 {
2395         u32 rate, weight, divisor;
2396
2397         /*
2398          * For the convergence property to hold (see comments on
2399          * bfq_update_peak_rate()) and for the assessment to be
2400          * reliable, a minimum number of samples must be present, and
2401          * a minimum amount of time must have elapsed. If not so, do
2402          * not compute new rate. Just reset parameters, to get ready
2403          * for a new evaluation attempt.
2404          */
2405         if (bfqd->peak_rate_samples < BFQ_RATE_MIN_SAMPLES ||
2406             bfqd->delta_from_first < BFQ_RATE_MIN_INTERVAL)
2407                 goto reset_computation;
2408
2409         /*
2410          * If a new request completion has occurred after last
2411          * dispatch, then, to approximate the rate at which requests
2412          * have been served by the device, it is more precise to
2413          * extend the observation interval to the last completion.
2414          */
2415         bfqd->delta_from_first =
2416                 max_t(u64, bfqd->delta_from_first,
2417                       bfqd->last_completion - bfqd->first_dispatch);
2418
2419         /*
2420          * Rate computed in sects/usec, and not sects/nsec, for
2421          * precision issues.
2422          */
2423         rate = div64_ul(bfqd->tot_sectors_dispatched<<BFQ_RATE_SHIFT,
2424                         div_u64(bfqd->delta_from_first, NSEC_PER_USEC));
2425
2426         /*
2427          * Peak rate not updated if:
2428          * - the percentage of sequential dispatches is below 3/4 of the
2429          *   total, and rate is below the current estimated peak rate
2430          * - rate is unreasonably high (> 20M sectors/sec)
2431          */
2432         if ((bfqd->sequential_samples < (3 * bfqd->peak_rate_samples)>>2 &&
2433              rate <= bfqd->peak_rate) ||
2434                 rate > 20<<BFQ_RATE_SHIFT)
2435                 goto reset_computation;
2436
2437         /*
2438          * We have to update the peak rate, at last! To this purpose,
2439          * we use a low-pass filter. We compute the smoothing constant
2440          * of the filter as a function of the 'weight' of the new
2441          * measured rate.
2442          *
2443          * As can be seen in next formulas, we define this weight as a
2444          * quantity proportional to how sequential the workload is,
2445          * and to how long the observation time interval is.
2446          *
2447          * The weight runs from 0 to 8. The maximum value of the
2448          * weight, 8, yields the minimum value for the smoothing
2449          * constant. At this minimum value for the smoothing constant,
2450          * the measured rate contributes for half of the next value of
2451          * the estimated peak rate.
2452          *
2453          * So, the first step is to compute the weight as a function
2454          * of how sequential the workload is. Note that the weight
2455          * cannot reach 9, because bfqd->sequential_samples cannot
2456          * become equal to bfqd->peak_rate_samples, which, in its
2457          * turn, holds true because bfqd->sequential_samples is not
2458          * incremented for the first sample.
2459          */
2460         weight = (9 * bfqd->sequential_samples) / bfqd->peak_rate_samples;
2461
2462         /*
2463          * Second step: further refine the weight as a function of the
2464          * duration of the observation interval.
2465          */
2466         weight = min_t(u32, 8,
2467                        div_u64(weight * bfqd->delta_from_first,
2468                                BFQ_RATE_REF_INTERVAL));
2469
2470         /*
2471          * Divisor ranging from 10, for minimum weight, to 2, for
2472          * maximum weight.
2473          */
2474         divisor = 10 - weight;
2475
2476         /*
2477          * Finally, update peak rate:
2478          *
2479          * peak_rate = peak_rate * (divisor-1) / divisor  +  rate / divisor
2480          */
2481         bfqd->peak_rate *= divisor-1;
2482         bfqd->peak_rate /= divisor;
2483         rate /= divisor; /* smoothing constant alpha = 1/divisor */
2484
2485         bfqd->peak_rate += rate;
2486         update_thr_responsiveness_params(bfqd);
2487
2488 reset_computation:
2489         bfq_reset_rate_computation(bfqd, rq);
2490 }
2491
2492 /*
2493  * Update the read/write peak rate (the main quantity used for
2494  * auto-tuning, see update_thr_responsiveness_params()).
2495  *
2496  * It is not trivial to estimate the peak rate (correctly): because of
2497  * the presence of sw and hw queues between the scheduler and the
2498  * device components that finally serve I/O requests, it is hard to
2499  * say exactly when a given dispatched request is served inside the
2500  * device, and for how long. As a consequence, it is hard to know
2501  * precisely at what rate a given set of requests is actually served
2502  * by the device.
2503  *
2504  * On the opposite end, the dispatch time of any request is trivially
2505  * available, and, from this piece of information, the "dispatch rate"
2506  * of requests can be immediately computed. So, the idea in the next
2507  * function is to use what is known, namely request dispatch times
2508  * (plus, when useful, request completion times), to estimate what is
2509  * unknown, namely in-device request service rate.
2510  *
2511  * The main issue is that, because of the above facts, the rate at
2512  * which a certain set of requests is dispatched over a certain time
2513  * interval can vary greatly with respect to the rate at which the
2514  * same requests are then served. But, since the size of any
2515  * intermediate queue is limited, and the service scheme is lossless
2516  * (no request is silently dropped), the following obvious convergence
2517  * property holds: the number of requests dispatched MUST become
2518  * closer and closer to the number of requests completed as the
2519  * observation interval grows. This is the key property used in
2520  * the next function to estimate the peak service rate as a function
2521  * of the observed dispatch rate. The function assumes to be invoked
2522  * on every request dispatch.
2523  */
2524 static void bfq_update_peak_rate(struct bfq_data *bfqd, struct request *rq)
2525 {
2526         u64 now_ns = ktime_get_ns();
2527
2528         if (bfqd->peak_rate_samples == 0) { /* first dispatch */
2529                 bfq_log(bfqd, "update_peak_rate: goto reset, samples %d",
2530                         bfqd->peak_rate_samples);
2531                 bfq_reset_rate_computation(bfqd, rq);
2532                 goto update_last_values; /* will add one sample */
2533         }
2534
2535         /*
2536          * Device idle for very long: the observation interval lasting
2537          * up to this dispatch cannot be a valid observation interval
2538          * for computing a new peak rate (similarly to the late-
2539          * completion event in bfq_completed_request()). Go to
2540          * update_rate_and_reset to have the following three steps
2541          * taken:
2542          * - close the observation interval at the last (previous)
2543          *   request dispatch or completion
2544          * - compute rate, if possible, for that observation interval
2545          * - start a new observation interval with this dispatch
2546          */
2547         if (now_ns - bfqd->last_dispatch > 100*NSEC_PER_MSEC &&
2548             bfqd->rq_in_driver == 0)
2549                 goto update_rate_and_reset;
2550
2551         /* Update sampling information */
2552         bfqd->peak_rate_samples++;
2553
2554         if ((bfqd->rq_in_driver > 0 ||
2555                 now_ns - bfqd->last_completion < BFQ_MIN_TT)
2556              && get_sdist(bfqd->last_position, rq) < BFQQ_SEEK_THR)
2557                 bfqd->sequential_samples++;
2558
2559         bfqd->tot_sectors_dispatched += blk_rq_sectors(rq);
2560
2561         /* Reset max observed rq size every 32 dispatches */
2562         if (likely(bfqd->peak_rate_samples % 32))
2563                 bfqd->last_rq_max_size =
2564                         max_t(u32, blk_rq_sectors(rq), bfqd->last_rq_max_size);
2565         else
2566                 bfqd->last_rq_max_size = blk_rq_sectors(rq);
2567
2568         bfqd->delta_from_first = now_ns - bfqd->first_dispatch;
2569
2570         /* Target observation interval not yet reached, go on sampling */
2571         if (bfqd->delta_from_first < BFQ_RATE_REF_INTERVAL)
2572                 goto update_last_values;
2573
2574 update_rate_and_reset:
2575         bfq_update_rate_reset(bfqd, rq);
2576 update_last_values:
2577         bfqd->last_position = blk_rq_pos(rq) + blk_rq_sectors(rq);
2578         bfqd->last_dispatch = now_ns;
2579 }
2580
2581 /*
2582  * Remove request from internal lists.
2583  */
2584 static void bfq_dispatch_remove(struct request_queue *q, struct request *rq)
2585 {
2586         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
2587
2588         /*
2589          * For consistency, the next instruction should have been
2590          * executed after removing the request from the queue and
2591          * dispatching it.  We execute instead this instruction before
2592          * bfq_remove_request() (and hence introduce a temporary
2593          * inconsistency), for efficiency.  In fact, should this
2594          * dispatch occur for a non in-service bfqq, this anticipated
2595          * increment prevents two counters related to bfqq->dispatched
2596          * from risking to be, first, uselessly decremented, and then
2597          * incremented again when the (new) value of bfqq->dispatched
2598          * happens to be taken into account.
2599          */
2600         bfqq->dispatched++;
2601         bfq_update_peak_rate(q->elevator->elevator_data, rq);
2602
2603         bfq_remove_request(q, rq);
2604 }
2605
2606 static void __bfq_bfqq_expire(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
2607 {
2608         /*
2609          * If this bfqq is shared between multiple processes, check
2610          * to make sure that those processes are still issuing I/Os
2611          * within the mean seek distance. If not, it may be time to
2612          * break the queues apart again.
2613          */
2614         if (bfq_bfqq_coop(bfqq) && BFQQ_SEEKY(bfqq))
2615                 bfq_mark_bfqq_split_coop(bfqq);
2616
2617         if (RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list)) {
2618                 if (bfqq->dispatched == 0)
2619                         /*
2620                          * Overloading budget_timeout field to store
2621                          * the time at which the queue remains with no
2622                          * backlog and no outstanding request; used by
2623                          * the weight-raising mechanism.
2624                          */
2625                         bfqq->budget_timeout = jiffies;
2626
2627                 bfq_del_bfqq_busy(bfqd, bfqq, true);
2628         } else {
2629                 bfq_requeue_bfqq(bfqd, bfqq, true);
2630                 /*
2631                  * Resort priority tree of potential close cooperators.
2632                  */
2633                 bfq_pos_tree_add_move(bfqd, bfqq);
2634         }
2635
2636         /*
2637          * All in-service entities must have been properly deactivated
2638          * or requeued before executing the next function, which
2639          * resets all in-service entites as no more in service.
2640          */
2641         __bfq_bfqd_reset_in_service(bfqd);
2642 }
2643
2644 /**
2645  * __bfq_bfqq_recalc_budget - try to adapt the budget to the @bfqq behavior.
2646  * @bfqd: device data.
2647  * @bfqq: queue to update.
2648  * @reason: reason for expiration.
2649  *
2650  * Handle the feedback on @bfqq budget at queue expiration.
2651  * See the body for detailed comments.
2652  */
2653 static void __bfq_bfqq_recalc_budget(struct bfq_data *bfqd,
2654                                      struct bfq_queue *bfqq,
2655                                      enum bfqq_expiration reason)
2656 {
2657         struct request *next_rq;
2658         int budget, min_budget;
2659
2660         min_budget = bfq_min_budget(bfqd);
2661
2662         if (bfqq->wr_coeff == 1)
2663                 budget = bfqq->max_budget;
2664         else /*
2665               * Use a constant, low budget for weight-raised queues,
2666               * to help achieve a low latency. Keep it slightly higher
2667               * than the minimum possible budget, to cause a little
2668               * bit fewer expirations.
2669               */
2670                 budget = 2 * min_budget;
2671
2672         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "recalc_budg: last budg %d, budg left %d",
2673                 bfqq->entity.budget, bfq_bfqq_budget_left(bfqq));
2674         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "recalc_budg: last max_budg %d, min budg %d",
2675                 budget, bfq_min_budget(bfqd));
2676         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "recalc_budg: sync %d, seeky %d",
2677                 bfq_bfqq_sync(bfqq), BFQQ_SEEKY(bfqd->in_service_queue));
2678
2679         if (bfq_bfqq_sync(bfqq) && bfqq->wr_coeff == 1) {
2680                 switch (reason) {
2681                 /*
2682                  * Caveat: in all the following cases we trade latency
2683                  * for throughput.
2684                  */
2685                 case BFQQE_TOO_IDLE:
2686                         /*
2687                          * This is the only case where we may reduce
2688                          * the budget: if there is no request of the
2689                          * process still waiting for completion, then
2690                          * we assume (tentatively) that the timer has
2691                          * expired because the batch of requests of
2692                          * the process could have been served with a
2693                          * smaller budget.  Hence, betting that
2694                          * process will behave in the same way when it
2695                          * becomes backlogged again, we reduce its
2696                          * next budget.  As long as we guess right,
2697                          * this budget cut reduces the latency
2698                          * experienced by the process.
2699                          *
2700                          * However, if there are still outstanding
2701                          * requests, then the process may have not yet
2702                          * issued its next request just because it is
2703                          * still waiting for the completion of some of
2704                          * the still outstanding ones.  So in this
2705                          * subcase we do not reduce its budget, on the
2706                          * contrary we increase it to possibly boost
2707                          * the throughput, as discussed in the
2708                          * comments to the BUDGET_TIMEOUT case.
2709                          */
2710                         if (bfqq->dispatched > 0) /* still outstanding reqs */
2711                                 budget = min(budget * 2, bfqd->bfq_max_budget);
2712                         else {
2713                                 if (budget > 5 * min_budget)
2714                                         budget -= 4 * min_budget;
2715                                 else
2716                                         budget = min_budget;
2717                         }
2718                         break;
2719                 case BFQQE_BUDGET_TIMEOUT:
2720                         /*
2721                          * We double the budget here because it gives
2722                          * the chance to boost the throughput if this
2723                          * is not a seeky process (and has bumped into
2724                          * this timeout because of, e.g., ZBR).
2725                          */
2726                         budget = min(budget * 2, bfqd->bfq_max_budget);
2727                         break;
2728                 case BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED:
2729                         /*
2730                          * The process still has backlog, and did not
2731                          * let either the budget timeout or the disk
2732                          * idling timeout expire. Hence it is not
2733                          * seeky, has a short thinktime and may be
2734                          * happy with a higher budget too. So
2735                          * definitely increase the budget of this good
2736                          * candidate to boost the disk throughput.
2737                          */
2738                         budget = min(budget * 4, bfqd->bfq_max_budget);
2739                         break;
2740                 case BFQQE_NO_MORE_REQUESTS:
2741                         /*
2742                          * For queues that expire for this reason, it
2743                          * is particularly important to keep the
2744                          * budget close to the actual service they
2745                          * need. Doing so reduces the timestamp
2746                          * misalignment problem described in the
2747                          * comments in the body of
2748                          * __bfq_activate_entity. In fact, suppose
2749                          * that a queue systematically expires for
2750                          * BFQQE_NO_MORE_REQUESTS and presents a
2751                          * new request in time to enjoy timestamp
2752                          * back-shifting. The larger the budget of the
2753                          * queue is with respect to the service the
2754                          * queue actually requests in each service
2755                          * slot, the more times the queue can be
2756                          * reactivated with the same virtual finish
2757                          * time. It follows that, even if this finish
2758                          * time is pushed to the system virtual time
2759                          * to reduce the consequent timestamp
2760                          * misalignment, the queue unjustly enjoys for
2761                          * many re-activations a lower finish time
2762                          * than all newly activated queues.
2763                          *
2764                          * The service needed by bfqq is measured
2765                          * quite precisely by bfqq->entity.service.
2766                          * Since bfqq does not enjoy device idling,
2767                          * bfqq->entity.service is equal to the number
2768                          * of sectors that the process associated with
2769                          * bfqq requested to read/write before waiting
2770                          * for request completions, or blocking for
2771                          * other reasons.
2772                          */
2773                         budget = max_t(int, bfqq->entity.service, min_budget);
2774                         break;
2775                 default:
2776                         return;
2777                 }
2778         } else if (!bfq_bfqq_sync(bfqq)) {
2779                 /*
2780                  * Async queues get always the maximum possible
2781                  * budget, as for them we do not care about latency
2782                  * (in addition, their ability to dispatch is limited
2783                  * by the charging factor).
2784                  */
2785                 budget = bfqd->bfq_max_budget;
2786         }
2787
2788         bfqq->max_budget = budget;
2789
2790         if (bfqd->budgets_assigned >= bfq_stats_min_budgets &&
2791             !bfqd->bfq_user_max_budget)
2792                 bfqq->max_budget = min(bfqq->max_budget, bfqd->bfq_max_budget);
2793
2794         /*
2795          * If there is still backlog, then assign a new budget, making
2796          * sure that it is large enough for the next request.  Since
2797          * the finish time of bfqq must be kept in sync with the
2798          * budget, be sure to call __bfq_bfqq_expire() *after* this
2799          * update.
2800          *
2801          * If there is no backlog, then no need to update the budget;
2802          * it will be updated on the arrival of a new request.
2803          */
2804         next_rq = bfqq->next_rq;
2805         if (next_rq)
2806                 bfqq->entity.budget = max_t(unsigned long, bfqq->max_budget,
2807                                             bfq_serv_to_charge(next_rq, bfqq));
2808
2809         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "head sect: %u, new budget %d",
2810                         next_rq ? blk_rq_sectors(next_rq) : 0,
2811                         bfqq->entity.budget);
2812 }
2813
2814 /*
2815  * Return true if the process associated with bfqq is "slow". The slow
2816  * flag is used, in addition to the budget timeout, to reduce the
2817  * amount of service provided to seeky processes, and thus reduce
2818  * their chances to lower the throughput. More details in the comments
2819  * on the function bfq_bfqq_expire().
2820  *
2821  * An important observation is in order: as discussed in the comments
2822  * on the function bfq_update_peak_rate(), with devices with internal
2823  * queues, it is hard if ever possible to know when and for how long
2824  * an I/O request is processed by the device (apart from the trivial
2825  * I/O pattern where a new request is dispatched only after the
2826  * previous one has been completed). This makes it hard to evaluate
2827  * the real rate at which the I/O requests of each bfq_queue are
2828  * served.  In fact, for an I/O scheduler like BFQ, serving a
2829  * bfq_queue means just dispatching its requests during its service
2830  * slot (i.e., until the budget of the queue is exhausted, or the
2831  * queue remains idle, or, finally, a timeout fires). But, during the
2832  * service slot of a bfq_queue, around 100 ms at most, the device may
2833  * be even still processing requests of bfq_queues served in previous
2834  * service slots. On the opposite end, the requests of the in-service
2835  * bfq_queue may be completed after the service slot of the queue
2836  * finishes.
2837  *
2838  * Anyway, unless more sophisticated solutions are used
2839  * (where possible), the sum of the sizes of the requests dispatched
2840  * during the service slot of a bfq_queue is probably the only
2841  * approximation available for the service received by the bfq_queue
2842  * during its service slot. And this sum is the quantity used in this
2843  * function to evaluate the I/O speed of a process.
2844  */
2845 static bool bfq_bfqq_is_slow(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
2846                                  bool compensate, enum bfqq_expiration reason,
2847                                  unsigned long *delta_ms)
2848 {
2849         ktime_t delta_ktime;
2850         u32 delta_usecs;
2851         bool slow = BFQQ_SEEKY(bfqq); /* if delta too short, use seekyness */
2852
2853         if (!bfq_bfqq_sync(bfqq))
2854                 return false;
2855
2856         if (compensate)
2857                 delta_ktime = bfqd->last_idling_start;
2858         else
2859                 delta_ktime = ktime_get();
2860         delta_ktime = ktime_sub(delta_ktime, bfqd->last_budget_start);
2861         delta_usecs = ktime_to_us(delta_ktime);
2862
2863         /* don't use too short time intervals */
2864         if (delta_usecs < 1000) {
2865                 if (blk_queue_nonrot(bfqd->queue))
2866                          /*
2867                           * give same worst-case guarantees as idling
2868                           * for seeky
2869                           */
2870                         *delta_ms = BFQ_MIN_TT / NSEC_PER_MSEC;
2871                 else /* charge at least one seek */
2872                         *delta_ms = bfq_slice_idle / NSEC_PER_MSEC;
2873
2874                 return slow;
2875         }
2876
2877         *delta_ms = delta_usecs / USEC_PER_MSEC;
2878
2879         /*
2880          * Use only long (> 20ms) intervals to filter out excessive
2881          * spikes in service rate estimation.
2882          */
2883         if (delta_usecs > 20000) {
2884                 /*
2885                  * Caveat for rotational devices: processes doing I/O
2886                  * in the slower disk zones tend to be slow(er) even
2887                  * if not seeky. In this respect, the estimated peak
2888                  * rate is likely to be an average over the disk
2889                  * surface. Accordingly, to not be too harsh with
2890                  * unlucky processes, a process is deemed slow only if
2891                  * its rate has been lower than half of the estimated
2892                  * peak rate.
2893                  */
2894                 slow = bfqq->entity.service < bfqd->bfq_max_budget / 2;
2895         }
2896
2897         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "bfq_bfqq_is_slow: slow %d", slow);
2898
2899         return slow;
2900 }
2901
2902 /*
2903  * To be deemed as soft real-time, an application must meet two
2904  * requirements. First, the application must not require an average
2905  * bandwidth higher than the approximate bandwidth required to playback or
2906  * record a compressed high-definition video.
2907  * The next function is invoked on the completion of the last request of a
2908  * batch, to compute the next-start time instant, soft_rt_next_start, such
2909  * that, if the next request of the application does not arrive before
2910  * soft_rt_next_start, then the above requirement on the bandwidth is met.
2911  *
2912  * The second requirement is that the request pattern of the application is
2913  * isochronous, i.e., that, after issuing a request or a batch of requests,
2914  * the application stops issuing new requests until all its pending requests
2915  * have been completed. After that, the application may issue a new batch,
2916  * and so on.
2917  * For this reason the next function is invoked to compute
2918  * soft_rt_next_start only for applications that meet this requirement,
2919  * whereas soft_rt_next_start is set to infinity for applications that do
2920  * not.
2921  *
2922  * Unfortunately, even a greedy application may happen to behave in an
2923  * isochronous way if the CPU load is high. In fact, the application may
2924  * stop issuing requests while the CPUs are busy serving other processes,
2925  * then restart, then stop again for a while, and so on. In addition, if
2926  * the disk achieves a low enough throughput with the request pattern
2927  * issued by the application (e.g., because the request pattern is random
2928  * and/or the device is slow), then the application may meet the above
2929  * bandwidth requirement too. To prevent such a greedy application to be
2930  * deemed as soft real-time, a further rule is used in the computation of
2931  * soft_rt_next_start: soft_rt_next_start must be higher than the current
2932  * time plus the maximum time for which the arrival of a request is waited
2933  * for when a sync queue becomes idle, namely bfqd->bfq_slice_idle.
2934  * This filters out greedy applications, as the latter issue instead their
2935  * next request as soon as possible after the last one has been completed
2936  * (in contrast, when a batch of requests is completed, a soft real-time
2937  * application spends some time processing data).
2938  *
2939  * Unfortunately, the last filter may easily generate false positives if
2940  * only bfqd->bfq_slice_idle is used as a reference time interval and one
2941  * or both the following cases occur:
2942  * 1) HZ is so low that the duration of a jiffy is comparable to or higher
2943  *    than bfqd->bfq_slice_idle. This happens, e.g., on slow devices with
2944  *    HZ=100.
2945  * 2) jiffies, instead of increasing at a constant rate, may stop increasing
2946  *    for a while, then suddenly 'jump' by several units to recover the lost
2947  *    increments. This seems to happen, e.g., inside virtual machines.
2948  * To address this issue, we do not use as a reference time interval just
2949  * bfqd->bfq_slice_idle, but bfqd->bfq_slice_idle plus a few jiffies. In
2950  * particular we add the minimum number of jiffies for which the filter
2951  * seems to be quite precise also in embedded systems and KVM/QEMU virtual
2952  * machines.
2953  */
2954 static unsigned long bfq_bfqq_softrt_next_start(struct bfq_data *bfqd,
2955                                                 struct bfq_queue *bfqq)
2956 {
2957         return max(bfqq->last_idle_bklogged +
2958                    HZ * bfqq->service_from_backlogged /
2959                    bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate,
2960                    jiffies + nsecs_to_jiffies(bfqq->bfqd->bfq_slice_idle) + 4);
2961 }
2962
2963 /**
2964  * bfq_bfqq_expire - expire a queue.
2965  * @bfqd: device owning the queue.
2966  * @bfqq: the queue to expire.
2967  * @compensate: if true, compensate for the time spent idling.
2968  * @reason: the reason causing the expiration.
2969  *
2970  * If the process associated with bfqq does slow I/O (e.g., because it
2971  * issues random requests), we charge bfqq with the time it has been
2972  * in service instead of the service it has received (see
2973  * bfq_bfqq_charge_time for details on how this goal is achieved). As
2974  * a consequence, bfqq will typically get higher timestamps upon
2975  * reactivation, and hence it will be rescheduled as if it had
2976  * received more service than what it has actually received. In the
2977  * end, bfqq receives less service in proportion to how slowly its
2978  * associated process consumes its budgets (and hence how seriously it
2979  * tends to lower the throughput). In addition, this time-charging
2980  * strategy guarantees time fairness among slow processes. In
2981  * contrast, if the process associated with bfqq is not slow, we
2982  * charge bfqq exactly with the service it has received.
2983  *
2984  * Charging time to the first type of queues and the exact service to
2985  * the other has the effect of using the WF2Q+ policy to schedule the
2986  * former on a timeslice basis, without violating service domain
2987  * guarantees among the latter.
2988  */
2989 void bfq_bfqq_expire(struct bfq_data *bfqd,
2990                      struct bfq_queue *bfqq,
2991                      bool compensate,
2992                      enum bfqq_expiration reason)
2993 {
2994         bool slow;
2995         unsigned long delta = 0;
2996         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
2997         int ref;
2998
2999         /*
3000          * Check whether the process is slow (see bfq_bfqq_is_slow).
3001          */
3002         slow = bfq_bfqq_is_slow(bfqd, bfqq, compensate, reason, &delta);
3003
3004         /*
3005          * Increase service_from_backlogged before next statement,
3006          * because the possible next invocation of
3007          * bfq_bfqq_charge_time would likely inflate
3008          * entity->service. In contrast, service_from_backlogged must
3009          * contain real service, to enable the soft real-time
3010          * heuristic to correctly compute the bandwidth consumed by
3011          * bfqq.
3012          */
3013         bfqq->service_from_backlogged += entity->service;
3014
3015         /*
3016          * As above explained, charge slow (typically seeky) and
3017          * timed-out queues with the time and not the service
3018          * received, to favor sequential workloads.
3019          *
3020          * Processes doing I/O in the slower disk zones will tend to
3021          * be slow(er) even if not seeky. Therefore, since the
3022          * estimated peak rate is actually an average over the disk
3023          * surface, these processes may timeout just for bad luck. To
3024          * avoid punishing them, do not charge time to processes that
3025          * succeeded in consuming at least 2/3 of their budget. This
3026          * allows BFQ to preserve enough elasticity to still perform
3027          * bandwidth, and not time, distribution with little unlucky
3028          * or quasi-sequential processes.
3029          */
3030         if (bfqq->wr_coeff == 1 &&
3031             (slow ||
3032              (reason == BFQQE_BUDGET_TIMEOUT &&
3033               bfq_bfqq_budget_left(bfqq) >=  entity->budget / 3)))
3034                 bfq_bfqq_charge_time(bfqd, bfqq, delta);
3035
3036         if (reason == BFQQE_TOO_IDLE &&
3037             entity->service <= 2 * entity->budget / 10)
3038                 bfq_clear_bfqq_IO_bound(bfqq);
3039
3040         if (bfqd->low_latency && bfqq->wr_coeff == 1)
3041                 bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
3042
3043         if (bfqd->low_latency && bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate > 0 &&
3044             RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list)) {
3045                 /*
3046                  * If we get here, and there are no outstanding
3047                  * requests, then the request pattern is isochronous
3048                  * (see the comments on the function
3049                  * bfq_bfqq_softrt_next_start()). Thus we can compute
3050                  * soft_rt_next_start. If, instead, the queue still
3051                  * has outstanding requests, then we have to wait for
3052                  * the completion of all the outstanding requests to
3053                  * discover whether the request pattern is actually
3054                  * isochronous.
3055                  */
3056                 if (bfqq->dispatched == 0)
3057                         bfqq->soft_rt_next_start =
3058                                 bfq_bfqq_softrt_next_start(bfqd, bfqq);
3059                 else {
3060                         /*
3061                          * The application is still waiting for the
3062                          * completion of one or more requests:
3063                          * prevent it from possibly being incorrectly
3064                          * deemed as soft real-time by setting its
3065                          * soft_rt_next_start to infinity. In fact,
3066                          * without this assignment, the application
3067                          * would be incorrectly deemed as soft
3068                          * real-time if:
3069                          * 1) it issued a new request before the
3070                          *    completion of all its in-flight
3071                          *    requests, and
3072                          * 2) at that time, its soft_rt_next_start
3073                          *    happened to be in the past.
3074                          */
3075                         bfqq->soft_rt_next_start =
3076                                 bfq_greatest_from_now();
3077                         /*
3078                          * Schedule an update of soft_rt_next_start to when
3079                          * the task may be discovered to be isochronous.
3080                          */
3081                         bfq_mark_bfqq_softrt_update(bfqq);
3082                 }
3083         }
3084
3085         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq,
3086                 "expire (%d, slow %d, num_disp %d, short_ttime %d)", reason,
3087                 slow, bfqq->dispatched, bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq));
3088
3089         /*
3090          * Increase, decrease or leave budget unchanged according to
3091          * reason.
3092          */
3093         __bfq_bfqq_recalc_budget(bfqd, bfqq, reason);
3094         ref = bfqq->ref;
3095         __bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq);
3096
3097         /* mark bfqq as waiting a request only if a bic still points to it */
3098         if (ref > 1 && !bfq_bfqq_busy(bfqq) &&
3099             reason != BFQQE_BUDGET_TIMEOUT &&
3100             reason != BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED)
3101                 bfq_mark_bfqq_non_blocking_wait_rq(bfqq);
3102 }
3103
3104 /*
3105  * Budget timeout is not implemented through a dedicated timer, but
3106  * just checked on request arrivals and completions, as well as on
3107  * idle timer expirations.
3108  */
3109 static bool bfq_bfqq_budget_timeout(struct bfq_queue *bfqq)
3110 {
3111         return time_is_before_eq_jiffies(bfqq->budget_timeout);
3112 }
3113
3114 /*
3115  * If we expire a queue that is actively waiting (i.e., with the
3116  * device idled) for the arrival of a new request, then we may incur
3117  * the timestamp misalignment problem described in the body of the
3118  * function __bfq_activate_entity. Hence we return true only if this
3119  * condition does not hold, or if the queue is slow enough to deserve
3120  * only to be kicked off for preserving a high throughput.
3121  */
3122 static bool bfq_may_expire_for_budg_timeout(struct bfq_queue *bfqq)
3123 {
3124         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq,
3125                 "may_budget_timeout: wait_request %d left %d timeout %d",
3126                 bfq_bfqq_wait_request(bfqq),
3127                         bfq_bfqq_budget_left(bfqq) >=  bfqq->entity.budget / 3,
3128                 bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq));
3129
3130         return (!bfq_bfqq_wait_request(bfqq) ||
3131                 bfq_bfqq_budget_left(bfqq) >=  bfqq->entity.budget / 3)
3132                 &&
3133                 bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq);
3134 }
3135
3136 /*
3137  * For a queue that becomes empty, device idling is allowed only if
3138  * this function returns true for the queue. As a consequence, since
3139  * device idling plays a critical role in both throughput boosting and
3140  * service guarantees, the return value of this function plays a
3141  * critical role in both these aspects as well.
3142  *
3143  * In a nutshell, this function returns true only if idling is
3144  * beneficial for throughput or, even if detrimental for throughput,
3145  * idling is however necessary to preserve service guarantees (low
3146  * latency, desired throughput distribution, ...). In particular, on
3147  * NCQ-capable devices, this function tries to return false, so as to
3148  * help keep the drives' internal queues full, whenever this helps the
3149  * device boost the throughput without causing any service-guarantee
3150  * issue.
3151  *
3152  * In more detail, the return value of this function is obtained by,
3153  * first, computing a number of boolean variables that take into
3154  * account throughput and service-guarantee issues, and, then,
3155  * combining these variables in a logical expression. Most of the
3156  * issues taken into account are not trivial. We discuss these issues
3157  * individually while introducing the variables.
3158  */
3159 static bool bfq_bfqq_may_idle(struct bfq_queue *bfqq)
3160 {
3161         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
3162         bool rot_without_queueing =
3163                 !blk_queue_nonrot(bfqd->queue) && !bfqd->hw_tag,
3164                 bfqq_sequential_and_IO_bound,
3165                 idling_boosts_thr, idling_boosts_thr_without_issues,
3166                 idling_needed_for_service_guarantees,
3167                 asymmetric_scenario;
3168
3169         if (bfqd->strict_guarantees)
3170                 return true;
3171
3172         /*
3173          * Idling is performed only if slice_idle > 0. In addition, we
3174          * do not idle if
3175          * (a) bfqq is async
3176          * (b) bfqq is in the idle io prio class: in this case we do
3177          * not idle because we want to minimize the bandwidth that
3178          * queues in this class can steal to higher-priority queues
3179          */
3180         if (bfqd->bfq_slice_idle == 0 || !bfq_bfqq_sync(bfqq) ||
3181             bfq_class_idle(bfqq))
3182                 return false;
3183
3184         bfqq_sequential_and_IO_bound = !BFQQ_SEEKY(bfqq) &&
3185                 bfq_bfqq_IO_bound(bfqq) && bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
3186
3187         /*
3188          * The next variable takes into account the cases where idling
3189          * boosts the throughput.
3190          *
3191          * The value of the variable is computed considering, first, that
3192          * idling is virtually always beneficial for the throughput if:
3193          * (a) the device is not NCQ-capable and rotational, or
3194          * (b) regardless of the presence of NCQ, the device is rotational and
3195          *     the request pattern for bfqq is I/O-bound and sequential, or
3196          * (c) regardless of whether it is rotational, the device is
3197          *     not NCQ-capable and the request pattern for bfqq is
3198          *     I/O-bound and sequential.
3199          *
3200          * Secondly, and in contrast to the above item (b), idling an
3201          * NCQ-capable flash-based device would not boost the
3202          * throughput even with sequential I/O; rather it would lower
3203          * the throughput in proportion to how fast the device
3204          * is. Accordingly, the next variable is true if any of the
3205          * above conditions (a), (b) or (c) is true, and, in
3206          * particular, happens to be false if bfqd is an NCQ-capable
3207          * flash-based device.
3208          */
3209         idling_boosts_thr = rot_without_queueing ||
3210                 ((!blk_queue_nonrot(bfqd->queue) || !bfqd->hw_tag) &&
3211                  bfqq_sequential_and_IO_bound);
3212
3213         /*
3214          * The value of the next variable,
3215          * idling_boosts_thr_without_issues, is equal to that of
3216          * idling_boosts_thr, unless a special case holds. In this
3217          * special case, described below, idling may cause problems to
3218          * weight-raised queues.
3219          *
3220          * When the request pool is saturated (e.g., in the presence
3221          * of write hogs), if the processes associated with
3222          * non-weight-raised queues ask for requests at a lower rate,
3223          * then processes associated with weight-raised queues have a
3224          * higher probability to get a request from the pool
3225          * immediately (or at least soon) when they need one. Thus
3226          * they have a higher probability to actually get a fraction
3227          * of the device throughput proportional to their high
3228          * weight. This is especially true with NCQ-capable drives,
3229          * which enqueue several requests in advance, and further
3230          * reorder internally-queued requests.
3231          *
3232          * For this reason, we force to false the value of
3233          * idling_boosts_thr_without_issues if there are weight-raised
3234          * busy queues. In this case, and if bfqq is not weight-raised,
3235          * this guarantees that the device is not idled for bfqq (if,
3236          * instead, bfqq is weight-raised, then idling will be
3237          * guaranteed by another variable, see below). Combined with
3238          * the timestamping rules of BFQ (see [1] for details), this
3239          * behavior causes bfqq, and hence any sync non-weight-raised
3240          * queue, to get a lower number of requests served, and thus
3241          * to ask for a lower number of requests from the request
3242          * pool, before the busy weight-raised queues get served
3243          * again. This often mitigates starvation problems in the
3244          * presence of heavy write workloads and NCQ, thereby
3245          * guaranteeing a higher application and system responsiveness
3246          * in these hostile scenarios.
3247          */
3248         idling_boosts_thr_without_issues = idling_boosts_thr &&
3249                 bfqd->wr_busy_queues == 0;
3250
3251         /*
3252          * There is then a case where idling must be performed not
3253          * for throughput concerns, but to preserve service
3254          * guarantees.
3255          *
3256          * To introduce this case, we can note that allowing the drive
3257          * to enqueue more than one request at a time, and hence
3258          * delegating de facto final scheduling decisions to the
3259          * drive's internal scheduler, entails loss of control on the
3260          * actual request service order. In particular, the critical
3261          * situation is when requests from different processes happen
3262          * to be present, at the same time, in the internal queue(s)
3263          * of the drive. In such a situation, the drive, by deciding
3264          * the service order of the internally-queued requests, does
3265          * determine also the actual throughput distribution among
3266          * these processes. But the drive typically has no notion or
3267          * concern about per-process throughput distribution, and
3268          * makes its decisions only on a per-request basis. Therefore,
3269          * the service distribution enforced by the drive's internal
3270          * scheduler is likely to coincide with the desired
3271          * device-throughput distribution only in a completely
3272          * symmetric scenario where:
3273          * (i)  each of these processes must get the same throughput as
3274          *      the others;
3275          * (ii) all these processes have the same I/O pattern
3276                 (either sequential or random).
3277          * In fact, in such a scenario, the drive will tend to treat
3278          * the requests of each of these processes in about the same
3279          * way as the requests of the others, and thus to provide
3280          * each of these processes with about the same throughput
3281          * (which is exactly the desired throughput distribution). In
3282          * contrast, in any asymmetric scenario, device idling is
3283          * certainly needed to guarantee that bfqq receives its
3284          * assigned fraction of the device throughput (see [1] for
3285          * details).
3286          *
3287          * We address this issue by controlling, actually, only the
3288          * symmetry sub-condition (i), i.e., provided that
3289          * sub-condition (i) holds, idling is not performed,
3290          * regardless of whether sub-condition (ii) holds. In other
3291          * words, only if sub-condition (i) holds, then idling is
3292          * allowed, and the device tends to be prevented from queueing
3293          * many requests, possibly of several processes. The reason
3294          * for not controlling also sub-condition (ii) is that we
3295          * exploit preemption to preserve guarantees in case of
3296          * symmetric scenarios, even if (ii) does not hold, as
3297          * explained in the next two paragraphs.
3298          *
3299          * Even if a queue, say Q, is expired when it remains idle, Q
3300          * can still preempt the new in-service queue if the next
3301          * request of Q arrives soon (see the comments on
3302          * bfq_bfqq_update_budg_for_activation). If all queues and
3303          * groups have the same weight, this form of preemption,
3304          * combined with the hole-recovery heuristic described in the
3305          * comments on function bfq_bfqq_update_budg_for_activation,
3306          * are enough to preserve a correct bandwidth distribution in
3307          * the mid term, even without idling. In fact, even if not
3308          * idling allows the internal queues of the device to contain
3309          * many requests, and thus to reorder requests, we can rather
3310          * safely assume that the internal scheduler still preserves a
3311          * minimum of mid-term fairness. The motivation for using
3312          * preemption instead of idling is that, by not idling,
3313          * service guarantees are preserved without minimally
3314          * sacrificing throughput. In other words, both a high
3315          * throughput and its desired distribution are obtained.
3316          *
3317          * More precisely, this preemption-based, idleless approach
3318          * provides fairness in terms of IOPS, and not sectors per
3319          * second. This can be seen with a simple example. Suppose
3320          * that there are two queues with the same weight, but that
3321          * the first queue receives requests of 8 sectors, while the
3322          * second queue receives requests of 1024 sectors. In
3323          * addition, suppose that each of the two queues contains at
3324          * most one request at a time, which implies that each queue
3325          * always remains idle after it is served. Finally, after
3326          * remaining idle, each queue receives very quickly a new
3327          * request. It follows that the two queues are served
3328          * alternatively, preempting each other if needed. This
3329          * implies that, although both queues have the same weight,
3330          * the queue with large requests receives a service that is
3331          * 1024/8 times as high as the service received by the other
3332          * queue.
3333          *
3334          * On the other hand, device idling is performed, and thus
3335          * pure sector-domain guarantees are provided, for the
3336          * following queues, which are likely to need stronger
3337          * throughput guarantees: weight-raised queues, and queues
3338          * with a higher weight than other queues. When such queues
3339          * are active, sub-condition (i) is false, which triggers
3340          * device idling.
3341          *
3342          * According to the above considerations, the next variable is
3343          * true (only) if sub-condition (i) holds. To compute the
3344          * value of this variable, we not only use the return value of
3345          * the function bfq_symmetric_scenario(), but also check
3346          * whether bfqq is being weight-raised, because
3347          * bfq_symmetric_scenario() does not take into account also
3348          * weight-raised queues (see comments on
3349          * bfq_weights_tree_add()).
3350          *
3351          * As a side note, it is worth considering that the above
3352          * device-idling countermeasures may however fail in the
3353          * following unlucky scenario: if idling is (correctly)
3354          * disabled in a time period during which all symmetry
3355          * sub-conditions hold, and hence the device is allowed to
3356          * enqueue many requests, but at some later point in time some
3357          * sub-condition stops to hold, then it may become impossible
3358          * to let requests be served in the desired order until all
3359          * the requests already queued in the device have been served.
3360          */
3361         asymmetric_scenario = bfqq->wr_coeff > 1 ||
3362                 !bfq_symmetric_scenario(bfqd);
3363
3364         /*
3365          * Finally, there is a case where maximizing throughput is the
3366          * best choice even if it may cause unfairness toward
3367          * bfqq. Such a case is when bfqq became active in a burst of
3368          * queue activations. Queues that became active during a large
3369          * burst benefit only from throughput, as discussed in the
3370          * comments on bfq_handle_burst. Thus, if bfqq became active
3371          * in a burst and not idling the device maximizes throughput,
3372          * then the device must no be idled, because not idling the
3373          * device provides bfqq and all other queues in the burst with
3374          * maximum benefit. Combining this and the above case, we can
3375          * now establish when idling is actually needed to preserve
3376          * service guarantees.
3377          */
3378         idling_needed_for_service_guarantees =
3379                 asymmetric_scenario && !bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq);
3380
3381         /*
3382          * We have now all the components we need to compute the
3383          * return value of the function, which is true only if idling
3384          * either boosts the throughput (without issues), or is
3385          * necessary to preserve service guarantees.
3386          */
3387         return idling_boosts_thr_without_issues ||
3388                 idling_needed_for_service_guarantees;
3389 }
3390
3391 /*
3392  * If the in-service queue is empty but the function bfq_bfqq_may_idle
3393  * returns true, then:
3394  * 1) the queue must remain in service and cannot be expired, and
3395  * 2) the device must be idled to wait for the possible arrival of a new
3396  *    request for the queue.
3397  * See the comments on the function bfq_bfqq_may_idle for the reasons
3398  * why performing device idling is the best choice to boost the throughput
3399  * and preserve service guarantees when bfq_bfqq_may_idle itself
3400  * returns true.
3401  */
3402 static bool bfq_bfqq_must_idle(struct bfq_queue *bfqq)
3403 {
3404         return RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) && bfq_bfqq_may_idle(bfqq);
3405 }
3406
3407 /*
3408  * Select a queue for service.  If we have a current queue in service,
3409  * check whether to continue servicing it, or retrieve and set a new one.
3410  */
3411 static struct bfq_queue *bfq_select_queue(struct bfq_data *bfqd)
3412 {
3413         struct bfq_queue *bfqq;
3414         struct request *next_rq;
3415         enum bfqq_expiration reason = BFQQE_BUDGET_TIMEOUT;
3416
3417         bfqq = bfqd->in_service_queue;
3418         if (!bfqq)
3419                 goto new_queue;
3420
3421         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "select_queue: already in-service queue");
3422
3423         if (bfq_may_expire_for_budg_timeout(bfqq) &&
3424             !bfq_bfqq_wait_request(bfqq) &&
3425             !bfq_bfqq_must_idle(bfqq))
3426                 goto expire;
3427
3428 check_queue:
3429         /*
3430          * This loop is rarely executed more than once. Even when it
3431          * happens, it is much more convenient to re-execute this loop
3432          * than to return NULL and trigger a new dispatch to get a
3433          * request served.
3434          */
3435         next_rq = bfqq->next_rq;
3436         /*
3437          * If bfqq has requests queued and it has enough budget left to
3438          * serve them, keep the queue, otherwise expire it.
3439          */
3440         if (next_rq) {
3441                 if (bfq_serv_to_charge(next_rq, bfqq) >
3442                         bfq_bfqq_budget_left(bfqq)) {
3443                         /*
3444                          * Expire the queue for budget exhaustion,
3445                          * which makes sure that the next budget is
3446                          * enough to serve the next request, even if
3447                          * it comes from the fifo expired path.
3448                          */
3449                         reason = BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED;
3450                         goto expire;
3451                 } else {
3452                         /*
3453                          * The idle timer may be pending because we may
3454                          * not disable disk idling even when a new request
3455                          * arrives.
3456                          */
3457                         if (bfq_bfqq_wait_request(bfqq)) {
3458                                 /*
3459                                  * If we get here: 1) at least a new request
3460                                  * has arrived but we have not disabled the
3461                                  * timer because the request was too small,
3462                                  * 2) then the block layer has unplugged
3463                                  * the device, causing the dispatch to be
3464                                  * invoked.
3465                                  *
3466                                  * Since the device is unplugged, now the
3467                                  * requests are probably large enough to
3468                                  * provide a reasonable throughput.
3469                                  * So we disable idling.
3470                                  */
3471                                 bfq_clear_bfqq_wait_request(bfqq);
3472                                 hrtimer_try_to_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
3473                                 bfqg_stats_update_idle_time(bfqq_group(bfqq));
3474                         }
3475                         goto keep_queue;
3476                 }
3477         }
3478
3479         /*
3480          * No requests pending. However, if the in-service queue is idling
3481          * for a new request, or has requests waiting for a completion and
3482          * may idle after their completion, then keep it anyway.
3483          */
3484         if (bfq_bfqq_wait_request(bfqq) ||
3485             (bfqq->dispatched != 0 && bfq_bfqq_may_idle(bfqq))) {
3486                 bfqq = NULL;
3487                 goto keep_queue;
3488         }
3489
3490         reason = BFQQE_NO_MORE_REQUESTS;
3491 expire:
3492         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false, reason);
3493 new_queue:
3494         bfqq = bfq_set_in_service_queue(bfqd);
3495         if (bfqq) {
3496                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "select_queue: checking new queue");
3497                 goto check_queue;
3498         }
3499 keep_queue:
3500         if (bfqq)
3501                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "select_queue: returned this queue");
3502         else
3503                 bfq_log(bfqd, "select_queue: no queue returned");
3504
3505         return bfqq;
3506 }
3507
3508 static void bfq_update_wr_data(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
3509 {
3510         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
3511
3512         if (bfqq->wr_coeff > 1) { /* queue is being weight-raised */
3513                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq,
3514                         "raising period dur %u/%u msec, old coeff %u, w %d(%d)",
3515                         jiffies_to_msecs(jiffies - bfqq->last_wr_start_finish),
3516                         jiffies_to_msecs(bfqq->wr_cur_max_time),
3517                         bfqq->wr_coeff,
3518                         bfqq->entity.weight, bfqq->entity.orig_weight);
3519
3520                 if (entity->prio_changed)
3521                         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "WARN: pending prio change");
3522
3523                 /*
3524                  * If the queue was activated in a burst, or too much
3525                  * time has elapsed from the beginning of this
3526                  * weight-raising period, then end weight raising.
3527                  */
3528                 if (bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq))
3529                         bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
3530                 else if (time_is_before_jiffies(bfqq->last_wr_start_finish +
3531                                                 bfqq->wr_cur_max_time)) {
3532                         if (bfqq->wr_cur_max_time != bfqd->bfq_wr_rt_max_time ||
3533                         time_is_before_jiffies(bfqq->wr_start_at_switch_to_srt +
3534                                                bfq_wr_duration(bfqd)))
3535                                 bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
3536                         else {
3537                                 switch_back_to_interactive_wr(bfqq, bfqd);
3538                                 bfqq->entity.prio_changed = 1;
3539                         }
3540                 }
3541         }
3542         /*
3543          * To improve latency (for this or other queues), immediately
3544          * update weight both if it must be raised and if it must be
3545          * lowered. Since, entity may be on some active tree here, and
3546          * might have a pending change of its ioprio class, invoke
3547          * next function with the last parameter unset (see the
3548          * comments on the function).
3549          */
3550         if ((entity->weight > entity->orig_weight) != (bfqq->wr_coeff > 1))
3551                 __bfq_entity_update_weight_prio(bfq_entity_service_tree(entity),
3552                                                 entity, false);
3553 }
3554
3555 /*
3556  * Dispatch next request from bfqq.
3557  */
3558 static struct request *bfq_dispatch_rq_from_bfqq(struct bfq_data *bfqd,
3559                                                  struct bfq_queue *bfqq)
3560 {
3561         struct request *rq = bfqq->next_rq;
3562         unsigned long service_to_charge;
3563
3564         service_to_charge = bfq_serv_to_charge(rq, bfqq);
3565
3566         bfq_bfqq_served(bfqq, service_to_charge);
3567
3568         bfq_dispatch_remove(bfqd->queue, rq);
3569
3570         /*
3571          * If weight raising has to terminate for bfqq, then next
3572          * function causes an immediate update of bfqq's weight,
3573          * without waiting for next activation. As a consequence, on
3574          * expiration, bfqq will be timestamped as if has never been
3575          * weight-raised during this service slot, even if it has
3576          * received part or even most of the service as a
3577          * weight-raised queue. This inflates bfqq's timestamps, which
3578          * is beneficial, as bfqq is then more willing to leave the
3579          * device immediately to possible other weight-raised queues.
3580          */
3581         bfq_update_wr_data(bfqd, bfqq);
3582
3583         /*
3584          * Expire bfqq, pretending that its budget expired, if bfqq
3585          * belongs to CLASS_IDLE and other queues are waiting for
3586          * service.
3587          */
3588         if (bfqd->busy_queues > 1 && bfq_class_idle(bfqq))
3589                 goto expire;
3590
3591         return rq;
3592
3593 expire:
3594         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false, BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED);
3595         return rq;
3596 }
3597
3598 static bool bfq_has_work(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
3599 {
3600         struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
3601
3602         /*
3603          * Avoiding lock: a race on bfqd->busy_queues should cause at
3604          * most a call to dispatch for nothing
3605          */
3606         return !list_empty_careful(&bfqd->dispatch) ||
3607                 bfqd->busy_queues > 0;
3608 }
3609
3610 static struct request *__bfq_dispatch_request(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
3611 {
3612         struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
3613         struct request *rq = NULL;
3614         struct bfq_queue *bfqq = NULL;
3615
3616         if (!list_empty(&bfqd->dispatch)) {
3617                 rq = list_first_entry(&bfqd->dispatch, struct request,
3618                                       queuelist);
3619                 list_del_init(&rq->queuelist);
3620
3621                 bfqq = RQ_BFQQ(rq);
3622
3623                 if (bfqq) {
3624                         /*
3625                          * Increment counters here, because this
3626                          * dispatch does not follow the standard
3627                          * dispatch flow (where counters are
3628                          * incremented)
3629                          */
3630                         bfqq->dispatched++;
3631
3632                         goto inc_in_driver_start_rq;
3633                 }
3634
3635                 /*
3636                  * We exploit the put_rq_private hook to decrement
3637                  * rq_in_driver, but put_rq_private will not be
3638                  * invoked on this request. So, to avoid unbalance,
3639                  * just start this request, without incrementing
3640                  * rq_in_driver. As a negative consequence,
3641                  * rq_in_driver is deceptively lower than it should be
3642                  * while this request is in service. This may cause
3643                  * bfq_schedule_dispatch to be invoked uselessly.
3644                  *
3645                  * As for implementing an exact solution, the
3646                  * put_request hook, if defined, is probably invoked
3647                  * also on this request. So, by exploiting this hook,
3648                  * we could 1) increment rq_in_driver here, and 2)
3649                  * decrement it in put_request. Such a solution would
3650                  * let the value of the counter be always accurate,
3651                  * but it would entail using an extra interface
3652                  * function. This cost seems higher than the benefit,
3653                  * being the frequency of non-elevator-private
3654                  * requests very low.
3655                  */
3656                 goto start_rq;
3657         }
3658
3659         bfq_log(bfqd, "dispatch requests: %d busy queues", bfqd->busy_queues);
3660
3661         if (bfqd->busy_queues == 0)
3662                 goto exit;
3663
3664         /*
3665          * Force device to serve one request at a time if
3666          * strict_guarantees is true. Forcing this service scheme is
3667          * currently the ONLY way to guarantee that the request
3668          * service order enforced by the scheduler is respected by a
3669          * queueing device. Otherwise the device is free even to make
3670          * some unlucky request wait for as long as the device
3671          * wishes.
3672          *
3673          * Of course, serving one request at at time may cause loss of
3674          * throughput.
3675          */
3676         if (bfqd->strict_guarantees && bfqd->rq_in_driver > 0)
3677                 goto exit;
3678
3679         bfqq = bfq_select_queue(bfqd);
3680         if (!bfqq)
3681                 goto exit;
3682
3683         rq = bfq_dispatch_rq_from_bfqq(bfqd, bfqq);
3684
3685         if (rq) {
3686 inc_in_driver_start_rq:
3687                 bfqd->rq_in_driver++;
3688 start_rq:
3689                 rq->rq_flags |= RQF_STARTED;
3690         }
3691 exit:
3692         return rq;
3693 }
3694
3695 static struct request *bfq_dispatch_request(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
3696 {
3697         struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
3698         struct request *rq;
3699
3700         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
3701
3702         rq = __bfq_dispatch_request(hctx);
3703         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
3704
3705         return rq;
3706 }
3707
3708 /*
3709  * Task holds one reference to the queue, dropped when task exits.  Each rq
3710  * in-flight on this queue also holds a reference, dropped when rq is freed.
3711  *
3712  * Scheduler lock must be held here. Recall not to use bfqq after calling
3713  * this function on it.
3714  */
3715 void bfq_put_queue(struct bfq_queue *bfqq)
3716 {
3717 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
3718         struct bfq_group *bfqg = bfqq_group(bfqq);
3719 #endif
3720
3721         if (bfqq->bfqd)
3722                 bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "put_queue: %p %d",
3723                              bfqq, bfqq->ref);
3724
3725         bfqq->ref--;
3726         if (bfqq->ref)
3727                 return;
3728
3729         if (!hlist_unhashed(&bfqq->burst_list_node)) {
3730                 hlist_del_init(&bfqq->burst_list_node);
3731                 /*
3732                  * Decrement also burst size after the removal, if the
3733                  * process associated with bfqq is exiting, and thus
3734                  * does not contribute to the burst any longer. This
3735                  * decrement helps filter out false positives of large
3736                  * bursts, when some short-lived process (often due to
3737                  * the execution of commands by some service) happens
3738                  * to start and exit while a complex application is
3739                  * starting, and thus spawning several processes that
3740                  * do I/O (and that *must not* be treated as a large
3741                  * burst, see comments on bfq_handle_burst).
3742                  *
3743                  * In particular, the decrement is performed only if:
3744                  * 1) bfqq is not a merged queue, because, if it is,
3745                  * then this free of bfqq is not triggered by the exit
3746                  * of the process bfqq is associated with, but exactly
3747                  * by the fact that bfqq has just been merged.
3748                  * 2) burst_size is greater than 0, to handle
3749                  * unbalanced decrements. Unbalanced decrements may
3750                  * happen in te following case: bfqq is inserted into
3751                  * the current burst list--without incrementing
3752                  * bust_size--because of a split, but the current
3753                  * burst list is not the burst list bfqq belonged to
3754                  * (see comments on the case of a split in
3755                  * bfq_set_request).
3756                  */
3757                 if (bfqq->bic && bfqq->bfqd->burst_size > 0)
3758                         bfqq->bfqd->burst_size--;
3759         }
3760
3761         kmem_cache_free(bfq_pool, bfqq);
3762 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
3763         bfqg_and_blkg_put(bfqg);
3764 #endif
3765 }
3766
3767 static void bfq_put_cooperator(struct bfq_queue *bfqq)
3768 {
3769         struct bfq_queue *__bfqq, *next;
3770
3771         /*
3772          * If this queue was scheduled to merge with another queue, be
3773          * sure to drop the reference taken on that queue (and others in
3774          * the merge chain). See bfq_setup_merge and bfq_merge_bfqqs.
3775          */
3776         __bfqq = bfqq->new_bfqq;
3777         while (__bfqq) {
3778                 if (__bfqq == bfqq)
3779                         break;
3780                 next = __bfqq->new_bfqq;
3781                 bfq_put_queue(__bfqq);
3782                 __bfqq = next;
3783         }
3784 }
3785
3786 static void bfq_exit_bfqq(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
3787 {
3788         if (bfqq == bfqd->in_service_queue) {
3789                 __bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq);
3790                 bfq_schedule_dispatch(bfqd);
3791         }
3792
3793         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "exit_bfqq: %p, %d", bfqq, bfqq->ref);
3794
3795         bfq_put_cooperator(bfqq);
3796
3797         bfq_put_queue(bfqq); /* release process reference */
3798 }
3799
3800 static void bfq_exit_icq_bfqq(struct bfq_io_cq *bic, bool is_sync)
3801 {
3802         struct bfq_queue *bfqq = bic_to_bfqq(bic, is_sync);
3803         struct bfq_data *bfqd;
3804
3805         if (bfqq)
3806                 bfqd = bfqq->bfqd; /* NULL if scheduler already exited */
3807
3808         if (bfqq && bfqd) {
3809                 unsigned long flags;
3810
3811                 spin_lock_irqsave(&bfqd->lock, flags);
3812                 bfq_exit_bfqq(bfqd, bfqq);
3813                 bic_set_bfqq(bic, NULL, is_sync);
3814                 spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
3815         }
3816 }
3817
3818 static void bfq_exit_icq(struct io_cq *icq)
3819 {
3820         struct bfq_io_cq *bic = icq_to_bic(icq);
3821
3822         bfq_exit_icq_bfqq(bic, true);
3823         bfq_exit_icq_bfqq(bic, false);
3824 }
3825
3826 /*
3827  * Update the entity prio values; note that the new values will not
3828  * be used until the next (re)activation.
3829  */
3830 static void
3831 bfq_set_next_ioprio_data(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_io_cq *bic)
3832 {
3833         struct task_struct *tsk = current;
3834         int ioprio_class;
3835         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
3836
3837         if (!bfqd)
3838                 return;
3839
3840         ioprio_class = IOPRIO_PRIO_CLASS(bic->ioprio);
3841         switch (ioprio_class) {
3842         default:
3843                 dev_err(bfqq->bfqd->queue->backing_dev_info->dev,
3844                         "bfq: bad prio class %d\n", ioprio_class);
3845                 /* fall through */
3846         case IOPRIO_CLASS_NONE:
3847                 /*
3848                  * No prio set, inherit CPU scheduling settings.
3849                  */
3850                 bfqq->new_ioprio = task_nice_ioprio(tsk);
3851                 bfqq->new_ioprio_class = task_nice_ioclass(tsk);
3852                 break;
3853         case IOPRIO_CLASS_RT:
3854                 bfqq->new_ioprio = IOPRIO_PRIO_DATA(bic->ioprio);
3855                 bfqq->new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_RT;
3856                 break;
3857         case IOPRIO_CLASS_BE:
3858                 bfqq->new_ioprio = IOPRIO_PRIO_DATA(bic->ioprio);
3859                 bfqq->new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_BE;
3860                 break;
3861         case IOPRIO_CLASS_IDLE:
3862                 bfqq->new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_IDLE;
3863                 bfqq->new_ioprio = 7;
3864                 break;
3865         }
3866
3867         if (bfqq->new_ioprio >= IOPRIO_BE_NR) {
3868                 pr_crit("bfq_set_next_ioprio_data: new_ioprio %d\n",
3869                         bfqq->new_ioprio);
3870                 bfqq->new_ioprio = IOPRIO_BE_NR;
3871         }
3872
3873         bfqq->entity.new_weight = bfq_ioprio_to_weight(bfqq->new_ioprio);
3874         bfqq->entity.prio_changed = 1;
3875 }
3876
3877 static struct bfq_queue *bfq_get_queue(struct bfq_data *bfqd,
3878                                        struct bio *bio, bool is_sync,
3879                                        struct bfq_io_cq *bic);
3880
3881 static void bfq_check_ioprio_change(struct bfq_io_cq *bic, struct bio *bio)
3882 {
3883         struct bfq_data *bfqd = bic_to_bfqd(bic);
3884         struct bfq_queue *bfqq;
3885         int ioprio = bic->icq.ioc->ioprio;
3886
3887         /*
3888          * This condition may trigger on a newly created bic, be sure to
3889          * drop the lock before returning.
3890          */
3891         if (unlikely(!bfqd) || likely(bic->ioprio == ioprio))
3892                 return;
3893
3894         bic->ioprio = ioprio;
3895
3896         bfqq = bic_to_bfqq(bic, false);
3897         if (bfqq) {
3898                 /* release process reference on this queue */
3899                 bfq_put_queue(bfqq);
3900                 bfqq = bfq_get_queue(bfqd, bio, BLK_RW_ASYNC, bic);
3901                 bic_set_bfqq(bic, bfqq, false);
3902         }
3903
3904         bfqq = bic_to_bfqq(bic, true);
3905         if (bfqq)
3906                 bfq_set_next_ioprio_data(bfqq, bic);
3907 }
3908
3909 static void bfq_init_bfqq(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
3910                           struct bfq_io_cq *bic, pid_t pid, int is_sync)
3911 {
3912         RB_CLEAR_NODE(&bfqq->entity.rb_node);
3913         INIT_LIST_HEAD(&bfqq->fifo);
3914         INIT_HLIST_NODE(&bfqq->burst_list_node);
3915
3916         bfqq->ref = 0;
3917         bfqq->bfqd = bfqd;
3918
3919         if (bic)
3920                 bfq_set_next_ioprio_data(bfqq, bic);
3921
3922         if (is_sync) {
3923                 /*
3924                  * No need to mark as has_short_ttime if in
3925                  * idle_class, because no device idling is performed
3926                  * for queues in idle class
3927                  */
3928                 if (!bfq_class_idle(bfqq))
3929                         /* tentatively mark as has_short_ttime */
3930                         bfq_mark_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
3931                 bfq_mark_bfqq_sync(bfqq);
3932                 bfq_mark_bfqq_just_created(bfqq);
3933         } else
3934                 bfq_clear_bfqq_sync(bfqq);
3935
3936         /* set end request to minus infinity from now */
3937         bfqq->ttime.last_end_request = ktime_get_ns() + 1;
3938
3939         bfq_mark_bfqq_IO_bound(bfqq);
3940
3941         bfqq->pid = pid;
3942
3943         /* Tentative initial value to trade off between thr and lat */
3944         bfqq->max_budget = (2 * bfq_max_budget(bfqd)) / 3;
3945         bfqq->budget_timeout = bfq_smallest_from_now();
3946
3947         bfqq->wr_coeff = 1;
3948         bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
3949         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt = bfq_smallest_from_now();
3950         bfqq->split_time = bfq_smallest_from_now();
3951
3952         /*
3953          * Set to the value for which bfqq will not be deemed as
3954          * soft rt when it becomes backlogged.
3955          */
3956         bfqq->soft_rt_next_start = bfq_greatest_from_now();
3957
3958         /* first request is almost certainly seeky */
3959         bfqq->seek_history = 1;
3960 }
3961
3962 static struct bfq_queue **bfq_async_queue_prio(struct bfq_data *bfqd,
3963                                                struct bfq_group *bfqg,
3964                                                int ioprio_class, int ioprio)
3965 {
3966         switch (ioprio_class) {
3967         case IOPRIO_CLASS_RT:
3968                 return &bfqg->async_bfqq[0][ioprio];
3969         case IOPRIO_CLASS_NONE:
3970                 ioprio = IOPRIO_NORM;
3971                 /* fall through */
3972         case IOPRIO_CLASS_BE:
3973                 return &bfqg->async_bfqq[1][ioprio];
3974         case IOPRIO_CLASS_IDLE:
3975                 return &bfqg->async_idle_bfqq;
3976         default:
3977                 return NULL;
3978         }
3979 }
3980
3981 static struct bfq_queue *bfq_get_queue(struct bfq_data *bfqd,
3982                                        struct bio *bio, bool is_sync,
3983                                        struct bfq_io_cq *bic)
3984 {
3985         const int ioprio = IOPRIO_PRIO_DATA(bic->ioprio);
3986         const int ioprio_class = IOPRIO_PRIO_CLASS(bic->ioprio);
3987         struct bfq_queue **async_bfqq = NULL;
3988         struct bfq_queue *bfqq;
3989         struct bfq_group *bfqg;
3990
3991         rcu_read_lock();
3992
3993         bfqg = bfq_find_set_group(bfqd, bio_blkcg(bio));
3994         if (!bfqg) {
3995                 bfqq = &bfqd->oom_bfqq;
3996                 goto out;
3997         }
3998
3999         if (!is_sync) {
4000                 async_bfqq = bfq_async_queue_prio(bfqd, bfqg, ioprio_class,
4001                                                   ioprio);
4002                 bfqq = *async_bfqq;
4003                 if (bfqq)
4004                         goto out;
4005         }
4006
4007         bfqq = kmem_cache_alloc_node(bfq_pool,
4008                                      GFP_NOWAIT | __GFP_ZERO | __GFP_NOWARN,
4009                                      bfqd->queue->node);
4010
4011         if (bfqq) {
4012                 bfq_init_bfqq(bfqd, bfqq, bic, current->pid,
4013                               is_sync);
4014                 bfq_init_entity(&bfqq->entity, bfqg);
4015                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "allocated");
4016         } else {
4017                 bfqq = &bfqd->oom_bfqq;
4018                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "using oom bfqq");
4019                 goto out;
4020         }
4021
4022         /*
4023          * Pin the queue now that it's allocated, scheduler exit will
4024          * prune it.
4025          */
4026         if (async_bfqq) {
4027                 bfqq->ref++; /*
4028                               * Extra group reference, w.r.t. sync
4029                               * queue. This extra reference is removed
4030                               * only if bfqq->bfqg disappears, to
4031                               * guarantee that this queue is not freed
4032                               * until its group goes away.
4033                               */
4034                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "get_queue, bfqq not in async: %p, %d",
4035                              bfqq, bfqq->ref);
4036                 *async_bfqq = bfqq;
4037         }
4038
4039 out:
4040         bfqq->ref++; /* get a process reference to this queue */
4041         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "get_queue, at end: %p, %d", bfqq, bfqq->ref);
4042         rcu_read_unlock();
4043         return bfqq;
4044 }
4045
4046 static void bfq_update_io_thinktime(struct bfq_data *bfqd,
4047                                     struct bfq_queue *bfqq)
4048 {
4049         struct bfq_ttime *ttime = &bfqq->ttime;
4050         u64 elapsed = ktime_get_ns() - bfqq->ttime.last_end_request;
4051
4052         elapsed = min_t(u64, elapsed, 2ULL * bfqd->bfq_slice_idle);
4053
4054         ttime->ttime_samples = (7*bfqq->ttime.ttime_samples + 256) / 8;
4055         ttime->ttime_total = div_u64(7*ttime->ttime_total + 256*elapsed,  8);
4056         ttime->ttime_mean = div64_ul(ttime->ttime_total + 128,
4057                                      ttime->ttime_samples);
4058 }
4059
4060 static void
4061 bfq_update_io_seektime(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
4062                        struct request *rq)
4063 {
4064         bfqq->seek_history <<= 1;
4065         bfqq->seek_history |=
4066                 get_sdist(bfqq->last_request_pos, rq) > BFQQ_SEEK_THR &&
4067                 (!blk_queue_nonrot(bfqd->queue) ||
4068                  blk_rq_sectors(rq) < BFQQ_SECT_THR_NONROT);
4069 }
4070
4071 static void bfq_update_has_short_ttime(struct bfq_data *bfqd,
4072                                        struct bfq_queue *bfqq,
4073                                        struct bfq_io_cq *bic)
4074 {
4075         bool has_short_ttime = true;
4076
4077         /*
4078          * No need to update has_short_ttime if bfqq is async or in
4079          * idle io prio class, or if bfq_slice_idle is zero, because
4080          * no device idling is performed for bfqq in this case.
4081          */
4082         if (!bfq_bfqq_sync(bfqq) || bfq_class_idle(bfqq) ||
4083             bfqd->bfq_slice_idle == 0)
4084                 return;
4085
4086         /* Idle window just restored, statistics are meaningless. */
4087         if (time_is_after_eq_jiffies(bfqq->split_time +
4088                                      bfqd->bfq_wr_min_idle_time))
4089                 return;
4090
4091         /* Think time is infinite if no process is linked to
4092          * bfqq. Otherwise check average think time to
4093          * decide whether to mark as has_short_ttime
4094          */
4095         if (atomic_read(&bic->icq.ioc->active_ref) == 0 ||
4096             (bfq_sample_valid(bfqq->ttime.ttime_samples) &&
4097              bfqq->ttime.ttime_mean > bfqd->bfq_slice_idle))
4098                 has_short_ttime = false;
4099
4100         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "update_has_short_ttime: has_short_ttime %d",
4101                      has_short_ttime);
4102
4103         if (has_short_ttime)
4104                 bfq_mark_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
4105         else
4106                 bfq_clear_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
4107 }
4108
4109 /*
4110  * Called when a new fs request (rq) is added to bfqq.  Check if there's
4111  * something we should do about it.
4112  */
4113 static void bfq_rq_enqueued(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
4114                             struct request *rq)
4115 {
4116         struct bfq_io_cq *bic = RQ_BIC(rq);
4117
4118         if (rq->cmd_flags & REQ_META)
4119                 bfqq->meta_pending++;
4120
4121         bfq_update_io_thinktime(bfqd, bfqq);
4122         bfq_update_has_short_ttime(bfqd, bfqq, bic);
4123         bfq_update_io_seektime(bfqd, bfqq, rq);
4124
4125         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq,
4126                      "rq_enqueued: has_short_ttime=%d (seeky %d)",
4127                      bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq), BFQQ_SEEKY(bfqq));
4128
4129         bfqq->last_request_pos = blk_rq_pos(rq) + blk_rq_sectors(rq);
4130
4131         if (bfqq == bfqd->in_service_queue && bfq_bfqq_wait_request(bfqq)) {
4132                 bool small_req = bfqq->queued[rq_is_sync(rq)] == 1 &&
4133                                  blk_rq_sectors(rq) < 32;
4134                 bool budget_timeout = bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq);
4135
4136                 /*
4137                  * There is just this request queued: if the request
4138                  * is small and the queue is not to be expired, then
4139                  * just exit.
4140                  *
4141                  * In this way, if the device is being idled to wait
4142                  * for a new request from the in-service queue, we
4143                  * avoid unplugging the device and committing the
4144                  * device to serve just a small request. On the
4145                  * contrary, we wait for the block layer to decide
4146                  * when to unplug the device: hopefully, new requests
4147                  * will be merged to this one quickly, then the device
4148                  * will be unplugged and larger requests will be
4149                  * dispatched.
4150                  */
4151                 if (small_req && !budget_timeout)
4152                         return;
4153
4154                 /*
4155                  * A large enough request arrived, or the queue is to
4156                  * be expired: in both cases disk idling is to be
4157                  * stopped, so clear wait_request flag and reset
4158                  * timer.
4159                  */
4160                 bfq_clear_bfqq_wait_request(bfqq);
4161                 hrtimer_try_to_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
4162                 bfqg_stats_update_idle_time(bfqq_group(bfqq));
4163
4164                 /*
4165                  * The queue is not empty, because a new request just
4166                  * arrived. Hence we can safely expire the queue, in
4167                  * case of budget timeout, without risking that the
4168                  * timestamps of the queue are not updated correctly.
4169                  * See [1] for more details.
4170                  */
4171                 if (budget_timeout)
4172                         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false,
4173                                         BFQQE_BUDGET_TIMEOUT);
4174         }
4175 }
4176
4177 static void __bfq_insert_request(struct bfq_data *bfqd, struct request *rq)
4178 {
4179         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq),
4180                 *new_bfqq = bfq_setup_cooperator(bfqd, bfqq, rq, true);
4181
4182         if (new_bfqq) {
4183                 if (bic_to_bfqq(RQ_BIC(rq), 1) != bfqq)
4184                         new_bfqq = bic_to_bfqq(RQ_BIC(rq), 1);
4185                 /*
4186                  * Release the request's reference to the old bfqq
4187                  * and make sure one is taken to the shared queue.
4188                  */
4189                 new_bfqq->allocated++;
4190                 bfqq->allocated--;
4191                 new_bfqq->ref++;
4192                 /*
4193                  * If the bic associated with the process
4194                  * issuing this request still points to bfqq
4195                  * (and thus has not been already redirected
4196                  * to new_bfqq or even some other bfq_queue),
4197                  * then complete the merge and redirect it to
4198                  * new_bfqq.
4199                  */
4200                 if (bic_to_bfqq(RQ_BIC(rq), 1) == bfqq)
4201                         bfq_merge_bfqqs(bfqd, RQ_BIC(rq),
4202                                         bfqq, new_bfqq);
4203
4204                 bfq_clear_bfqq_just_created(bfqq);
4205                 /*
4206                  * rq is about to be enqueued into new_bfqq,
4207                  * release rq reference on bfqq
4208                  */
4209                 bfq_put_queue(bfqq);
4210                 rq->elv.priv[1] = new_bfqq;
4211                 bfqq = new_bfqq;
4212         }
4213
4214         bfq_add_request(rq);
4215
4216         rq->fifo_time = ktime_get_ns() + bfqd->bfq_fifo_expire[rq_is_sync(rq)];
4217         list_add_tail(&rq->queuelist, &bfqq->fifo);
4218
4219         bfq_rq_enqueued(bfqd, bfqq, rq);
4220 }
4221
4222 static void bfq_insert_request(struct blk_mq_hw_ctx *hctx, struct request *rq,
4223                                bool at_head)
4224 {
4225         struct request_queue *q = hctx->queue;
4226         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
4227
4228         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
4229         if (blk_mq_sched_try_insert_merge(q, rq)) {
4230                 spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
4231                 return;
4232         }
4233
4234         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
4235
4236         blk_mq_sched_request_inserted(rq);
4237
4238         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
4239         if (at_head || blk_rq_is_passthrough(rq)) {
4240                 if (at_head)
4241                         list_add(&rq->queuelist, &bfqd->dispatch);
4242                 else
4243                         list_add_tail(&rq->queuelist, &bfqd->dispatch);
4244         } else {
4245                 __bfq_insert_request(bfqd, rq);
4246
4247                 if (rq_mergeable(rq)) {
4248                         elv_rqhash_add(q, rq);
4249                         if (!q->last_merge)
4250                                 q->last_merge = rq;
4251                 }
4252         }
4253
4254         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
4255 }
4256
4257 static void bfq_insert_requests(struct blk_mq_hw_ctx *hctx,
4258                                 struct list_head *list, bool at_head)
4259 {
4260         while (!list_empty(list)) {
4261                 struct request *rq;
4262
4263                 rq = list_first_entry(list, struct request, queuelist);
4264                 list_del_init(&rq->queuelist);
4265                 bfq_insert_request(hctx, rq, at_head);
4266         }
4267 }
4268
4269 static void bfq_update_hw_tag(struct bfq_data *bfqd)
4270 {
4271         bfqd->max_rq_in_driver = max_t(int, bfqd->max_rq_in_driver,
4272                                        bfqd->rq_in_driver);
4273
4274         if (bfqd->hw_tag == 1)
4275                 return;
4276
4277         /*
4278          * This sample is valid if the number of outstanding requests
4279          * is large enough to allow a queueing behavior.  Note that the
4280          * sum is not exact, as it's not taking into account deactivated
4281          * requests.
4282          */
4283         if (bfqd->rq_in_driver + bfqd->queued < BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD)
4284                 return;
4285
4286         if (bfqd->hw_tag_samples++ < BFQ_HW_QUEUE_SAMPLES)
4287                 return;
4288
4289         bfqd->hw_tag = bfqd->max_rq_in_driver > BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD;
4290         bfqd->max_rq_in_driver = 0;
4291         bfqd->hw_tag_samples = 0;
4292 }
4293
4294 static void bfq_completed_request(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_data *bfqd)
4295 {
4296         u64 now_ns;
4297         u32 delta_us;
4298
4299         bfq_update_hw_tag(bfqd);
4300
4301         bfqd->rq_in_driver--;
4302         bfqq->dispatched--;
4303
4304         if (!bfqq->dispatched && !bfq_bfqq_busy(bfqq)) {
4305                 /*
4306                  * Set budget_timeout (which we overload to store the
4307                  * time at which the queue remains with no backlog and
4308                  * no outstanding request; used by the weight-raising
4309                  * mechanism).
4310                  */
4311                 bfqq->budget_timeout = jiffies;
4312
4313                 bfq_weights_tree_remove(bfqd, &bfqq->entity,
4314                                         &bfqd->queue_weights_tree);
4315         }
4316
4317         now_ns = ktime_get_ns();
4318
4319         bfqq->ttime.last_end_request = now_ns;
4320
4321         /*
4322          * Using us instead of ns, to get a reasonable precision in
4323          * computing rate in next check.
4324          */
4325         delta_us = div_u64(now_ns - bfqd->last_completion, NSEC_PER_USEC);
4326
4327         /*
4328          * If the request took rather long to complete, and, according
4329          * to the maximum request size recorded, this completion latency
4330          * implies that the request was certainly served at a very low
4331          * rate (less than 1M sectors/sec), then the whole observation
4332          * interval that lasts up to this time instant cannot be a
4333          * valid time interval for computing a new peak rate.  Invoke
4334          * bfq_update_rate_reset to have the following three steps
4335          * taken:
4336          * - close the observation interval at the last (previous)
4337          *   request dispatch or completion
4338          * - compute rate, if possible, for that observation interval
4339          * - reset to zero samples, which will trigger a proper
4340          *   re-initialization of the observation interval on next
4341          *   dispatch
4342          */
4343         if (delta_us > BFQ_MIN_TT/NSEC_PER_USEC &&
4344            (bfqd->last_rq_max_size<<BFQ_RATE_SHIFT)/delta_us <
4345                         1UL<<(BFQ_RATE_SHIFT - 10))
4346                 bfq_update_rate_reset(bfqd, NULL);
4347         bfqd->last_completion = now_ns;
4348
4349         /*
4350          * If we are waiting to discover whether the request pattern
4351          * of the task associated with the queue is actually
4352          * isochronous, and both requisites for this condition to hold
4353          * are now satisfied, then compute soft_rt_next_start (see the
4354          * comments on the function bfq_bfqq_softrt_next_start()). We
4355          * schedule this delayed check when bfqq expires, if it still
4356          * has in-flight requests.
4357          */
4358         if (bfq_bfqq_softrt_update(bfqq) && bfqq->dispatched == 0 &&
4359             RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list))
4360                 bfqq->soft_rt_next_start =
4361                         bfq_bfqq_softrt_next_start(bfqd, bfqq);
4362
4363         /*
4364          * If this is the in-service queue, check if it needs to be expired,
4365          * or if we want to idle in case it has no pending requests.
4366          */
4367         if (bfqd->in_service_queue == bfqq) {
4368                 if (bfqq->dispatched == 0 && bfq_bfqq_must_idle(bfqq)) {
4369                         bfq_arm_slice_timer(bfqd);
4370                         return;
4371                 } else if (bfq_may_expire_for_budg_timeout(bfqq))
4372                         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false,
4373                                         BFQQE_BUDGET_TIMEOUT);
4374                 else if (RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) &&
4375                          (bfqq->dispatched == 0 ||
4376                           !bfq_bfqq_may_idle(bfqq)))
4377                         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false,
4378                                         BFQQE_NO_MORE_REQUESTS);
4379         }
4380
4381         if (!bfqd->rq_in_driver)
4382                 bfq_schedule_dispatch(bfqd);
4383 }
4384
4385 static void bfq_put_rq_priv_body(struct bfq_queue *bfqq)
4386 {
4387         bfqq->allocated--;
4388
4389         bfq_put_queue(bfqq);
4390 }
4391
4392 static void bfq_finish_request(struct request *rq)
4393 {
4394         struct bfq_queue *bfqq;
4395         struct bfq_data *bfqd;
4396
4397         if (!rq->elv.icq)
4398                 return;
4399
4400         bfqq = RQ_BFQQ(rq);
4401         bfqd = bfqq->bfqd;
4402
4403         if (rq->rq_flags & RQF_STARTED)
4404                 bfqg_stats_update_completion(bfqq_group(bfqq),
4405                                              rq_start_time_ns(rq),
4406                                              rq_io_start_time_ns(rq),
4407                                              rq->cmd_flags);
4408
4409         if (likely(rq->rq_flags & RQF_STARTED)) {
4410                 unsigned long flags;
4411
4412                 spin_lock_irqsave(&bfqd->lock, flags);
4413
4414                 bfq_completed_request(bfqq, bfqd);
4415                 bfq_put_rq_priv_body(bfqq);
4416
4417                 spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
4418         } else {
4419                 /*
4420                  * Request rq may be still/already in the scheduler,
4421                  * in which case we need to remove it. And we cannot
4422                  * defer such a check and removal, to avoid
4423                  * inconsistencies in the time interval from the end
4424                  * of this function to the start of the deferred work.
4425                  * This situation seems to occur only in process
4426                  * context, as a consequence of a merge. In the
4427                  * current version of the code, this implies that the
4428                  * lock is held.
4429                  */
4430
4431                 if (!RB_EMPTY_NODE(&rq->rb_node))
4432                         bfq_remove_request(rq->q, rq);
4433                 bfq_put_rq_priv_body(bfqq);
4434         }
4435
4436         rq->elv.priv[0] = NULL;
4437         rq->elv.priv[1] = NULL;
4438 }
4439
4440 /*
4441  * Returns NULL if a new bfqq should be allocated, or the old bfqq if this
4442  * was the last process referring to that bfqq.
4443  */
4444 static struct bfq_queue *
4445 bfq_split_bfqq(struct bfq_io_cq *bic, struct bfq_queue *bfqq)
4446 {
4447         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "splitting queue");
4448
4449         if (bfqq_process_refs(bfqq) == 1) {
4450                 bfqq->pid = current->pid;
4451                 bfq_clear_bfqq_coop(bfqq);
4452                 bfq_clear_bfqq_split_coop(bfqq);
4453                 return bfqq;
4454         }
4455
4456         bic_set_bfqq(bic, NULL, 1);
4457
4458         bfq_put_cooperator(bfqq);
4459
4460         bfq_put_queue(bfqq);
4461         return NULL;
4462 }
4463
4464 static struct bfq_queue *bfq_get_bfqq_handle_split(struct bfq_data *bfqd,
4465                                                    struct bfq_io_cq *bic,
4466                                                    struct bio *bio,
4467                                                    bool split, bool is_sync,
4468                                                    bool *new_queue)
4469 {
4470         struct bfq_queue *bfqq = bic_to_bfqq(bic, is_sync);
4471
4472         if (likely(bfqq && bfqq != &bfqd->oom_bfqq))
4473                 return bfqq;
4474
4475         if (new_queue)
4476                 *new_queue = true;
4477
4478         if (bfqq)
4479                 bfq_put_queue(bfqq);
4480         bfqq = bfq_get_queue(bfqd, bio, is_sync, bic);
4481
4482         bic_set_bfqq(bic, bfqq, is_sync);
4483         if (split && is_sync) {
4484                 if ((bic->was_in_burst_list && bfqd->large_burst) ||
4485                     bic->saved_in_large_burst)
4486                         bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq);
4487                 else {
4488                         bfq_clear_bfqq_in_large_burst(bfqq);
4489                         if (bic->was_in_burst_list)
4490                                 /*
4491                                  * If bfqq was in the current
4492                                  * burst list before being
4493                                  * merged, then we have to add
4494                                  * it back. And we do not need
4495                                  * to increase burst_size, as
4496                                  * we did not decrement
4497                                  * burst_size when we removed
4498                                  * bfqq from the burst list as
4499                                  * a consequence of a merge
4500                                  * (see comments in
4501                                  * bfq_put_queue). In this
4502                                  * respect, it would be rather
4503                                  * costly to know whether the
4504                                  * current burst list is still
4505                                  * the same burst list from
4506                                  * which bfqq was removed on
4507                                  * the merge. To avoid this
4508                                  * cost, if bfqq was in a
4509                                  * burst list, then we add
4510                                  * bfqq to the current burst
4511                                  * list without any further
4512                                  * check. This can cause
4513                                  * inappropriate insertions,
4514                                  * but rarely enough to not
4515                                  * harm the detection of large
4516                                  * bursts significantly.
4517                                  */
4518                                 hlist_add_head(&bfqq->burst_list_node,
4519                                                &bfqd->burst_list);
4520                 }
4521                 bfqq->split_time = jiffies;
4522         }
4523
4524         return bfqq;
4525 }
4526
4527 /*
4528  * Allocate bfq data structures associated with this request.
4529  */
4530 static void bfq_prepare_request(struct request *rq, struct bio *bio)
4531 {
4532         struct request_queue *q = rq->q;
4533         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
4534         struct bfq_io_cq *bic;
4535         const int is_sync = rq_is_sync(rq);
4536         struct bfq_queue *bfqq;
4537         bool new_queue = false;
4538         bool bfqq_already_existing = false, split = false;
4539
4540         if (!rq->elv.icq)
4541                 return;
4542         bic = icq_to_bic(rq->elv.icq);
4543
4544         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
4545
4546         bfq_check_ioprio_change(bic, bio);
4547
4548         bfq_bic_update_cgroup(bic, bio);
4549
4550         bfqq = bfq_get_bfqq_handle_split(bfqd, bic, bio, false, is_sync,
4551                                          &new_queue);
4552
4553         if (likely(!new_queue)) {
4554                 /* If the queue was seeky for too long, break it apart. */
4555                 if (bfq_bfqq_coop(bfqq) && bfq_bfqq_split_coop(bfqq)) {
4556                         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "breaking apart bfqq");
4557
4558                         /* Update bic before losing reference to bfqq */
4559                         if (bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq))
4560                                 bic->saved_in_large_burst = true;
4561
4562                         bfqq = bfq_split_bfqq(bic, bfqq);
4563                         split = true;
4564
4565                         if (!bfqq)
4566                                 bfqq = bfq_get_bfqq_handle_split(bfqd, bic, bio,
4567                                                                  true, is_sync,
4568                                                                  NULL);
4569                         else
4570                                 bfqq_already_existing = true;
4571                 }
4572         }
4573
4574         bfqq->allocated++;
4575         bfqq->ref++;
4576         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "get_request %p: bfqq %p, %d",
4577                      rq, bfqq, bfqq->ref);
4578
4579         rq->elv.priv[0] = bic;
4580         rq->elv.priv[1] = bfqq;
4581
4582         /*
4583          * If a bfq_queue has only one process reference, it is owned
4584          * by only this bic: we can then set bfqq->bic = bic. in
4585          * addition, if the queue has also just been split, we have to
4586          * resume its state.
4587          */
4588         if (likely(bfqq != &bfqd->oom_bfqq) && bfqq_process_refs(bfqq) == 1) {
4589                 bfqq->bic = bic;
4590                 if (split) {
4591                         /*
4592                          * The queue has just been split from a shared
4593                          * queue: restore the idle window and the
4594                          * possible weight raising period.
4595                          */
4596                         bfq_bfqq_resume_state(bfqq, bfqd, bic,
4597                                               bfqq_already_existing);
4598                 }
4599         }
4600
4601         if (unlikely(bfq_bfqq_just_created(bfqq)))
4602                 bfq_handle_burst(bfqd, bfqq);
4603
4604         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
4605 }
4606
4607 static void bfq_idle_slice_timer_body(struct bfq_queue *bfqq)
4608 {
4609         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
4610         enum bfqq_expiration reason;
4611         unsigned long flags;
4612
4613         spin_lock_irqsave(&bfqd->lock, flags);
4614         bfq_clear_bfqq_wait_request(bfqq);
4615
4616         if (bfqq != bfqd->in_service_queue) {
4617                 spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
4618                 return;
4619         }
4620
4621         if (bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq))
4622                 /*
4623                  * Also here the queue can be safely expired
4624                  * for budget timeout without wasting
4625                  * guarantees
4626                  */
4627                 reason = BFQQE_BUDGET_TIMEOUT;
4628         else if (bfqq->queued[0] == 0 && bfqq->queued[1] == 0)
4629                 /*
4630                  * The queue may not be empty upon timer expiration,
4631                  * because we may not disable the timer when the
4632                  * first request of the in-service queue arrives
4633                  * during disk idling.
4634                  */
4635                 reason = BFQQE_TOO_IDLE;
4636         else
4637                 goto schedule_dispatch;
4638
4639         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, true, reason);
4640
4641 schedule_dispatch:
4642         spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
4643         bfq_schedule_dispatch(bfqd);
4644 }
4645
4646 /*
4647  * Handler of the expiration of the timer running if the in-service queue
4648  * is idling inside its time slice.
4649  */
4650 static enum hrtimer_restart bfq_idle_slice_timer(struct hrtimer *timer)
4651 {
4652         struct bfq_data *bfqd = container_of(timer, struct bfq_data,
4653                                              idle_slice_timer);
4654         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->in_service_queue;
4655
4656         /*
4657          * Theoretical race here: the in-service queue can be NULL or
4658          * different from the queue that was idling if a new request
4659          * arrives for the current queue and there is a full dispatch
4660          * cycle that changes the in-service queue.  This can hardly
4661          * happen, but in the worst case we just expire a queue too
4662          * early.
4663          */
4664         if (bfqq)
4665                 bfq_idle_slice_timer_body(bfqq);
4666
4667         return HRTIMER_NORESTART;
4668 }
4669
4670 static void __bfq_put_async_bfqq(struct bfq_data *bfqd,
4671                                  struct bfq_queue **bfqq_ptr)
4672 {
4673         struct bfq_queue *bfqq = *bfqq_ptr;
4674
4675         bfq_log(bfqd, "put_async_bfqq: %p", bfqq);
4676         if (bfqq) {
4677                 bfq_bfqq_move(bfqd, bfqq, bfqd->root_group);
4678
4679                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "put_async_bfqq: putting %p, %d",
4680                              bfqq, bfqq->ref);
4681                 bfq_put_queue(bfqq);
4682                 *bfqq_ptr = NULL;
4683         }
4684 }
4685
4686 /*
4687  * Release all the bfqg references to its async queues.  If we are
4688  * deallocating the group these queues may still contain requests, so
4689  * we reparent them to the root cgroup (i.e., the only one that will
4690  * exist for sure until all the requests on a device are gone).
4691  */
4692 void bfq_put_async_queues(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_group *bfqg)
4693 {
4694         int i, j;
4695
4696         for (i = 0; i < 2; i++)
4697                 for (j = 0; j < IOPRIO_BE_NR; j++)
4698                         __bfq_put_async_bfqq(bfqd, &bfqg->async_bfqq[i][j]);
4699
4700         __bfq_put_async_bfqq(bfqd, &bfqg->async_idle_bfqq);
4701 }
4702
4703 static void bfq_exit_queue(struct elevator_queue *e)
4704 {
4705         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
4706         struct bfq_queue *bfqq, *n;
4707
4708         hrtimer_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
4709
4710         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
4711         list_for_each_entry_safe(bfqq, n, &bfqd->idle_list, bfqq_list)
4712                 bfq_deactivate_bfqq(bfqd, bfqq, false, false);
4713         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
4714
4715         hrtimer_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
4716
4717 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
4718         blkcg_deactivate_policy(bfqd->queue, &blkcg_policy_bfq);
4719 #else
4720         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
4721         bfq_put_async_queues(bfqd, bfqd->root_group);
4722         kfree(bfqd->root_group);
4723         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
4724 #endif
4725
4726         kfree(bfqd);
4727 }
4728
4729 static void bfq_init_root_group(struct bfq_group *root_group,
4730                                 struct bfq_data *bfqd)
4731 {
4732         int i;
4733
4734 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
4735         root_group->entity.parent = NULL;
4736         root_group->my_entity = NULL;
4737         root_group->bfqd = bfqd;
4738 #endif
4739         root_group->rq_pos_tree = RB_ROOT;
4740         for (i = 0; i < BFQ_IOPRIO_CLASSES; i++)
4741                 root_group->sched_data.service_tree[i] = BFQ_SERVICE_TREE_INIT;
4742         root_group->sched_data.bfq_class_idle_last_service = jiffies;
4743 }
4744
4745 static int bfq_init_queue(struct request_queue *q, struct elevator_type *e)
4746 {
4747         struct bfq_data *bfqd;
4748         struct elevator_queue *eq;
4749
4750         eq = elevator_alloc(q, e);
4751         if (!eq)
4752                 return -ENOMEM;
4753
4754         bfqd = kzalloc_node(sizeof(*bfqd), GFP_KERNEL, q->node);
4755         if (!bfqd) {
4756                 kobject_put(&eq->kobj);
4757                 return -ENOMEM;
4758         }
4759         eq->elevator_data = bfqd;
4760
4761         spin_lock_irq(q->queue_lock);
4762         q->elevator = eq;
4763         spin_unlock_irq(q->queue_lock);
4764
4765         /*
4766          * Our fallback bfqq if bfq_find_alloc_queue() runs into OOM issues.
4767          * Grab a permanent reference to it, so that the normal code flow
4768          * will not attempt to free it.
4769          */
4770         bfq_init_bfqq(bfqd, &bfqd->oom_bfqq, NULL, 1, 0);
4771         bfqd->oom_bfqq.ref++;
4772         bfqd->oom_bfqq.new_ioprio = BFQ_DEFAULT_QUEUE_IOPRIO;
4773         bfqd->oom_bfqq.new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_BE;
4774         bfqd->oom_bfqq.entity.new_weight =
4775                 bfq_ioprio_to_weight(bfqd->oom_bfqq.new_ioprio);
4776
4777         /* oom_bfqq does not participate to bursts */
4778         bfq_clear_bfqq_just_created(&bfqd->oom_bfqq);
4779
4780         /*
4781          * Trigger weight initialization, according to ioprio, at the
4782          * oom_bfqq's first activation. The oom_bfqq's ioprio and ioprio
4783          * class won't be changed any more.
4784          */
4785         bfqd->oom_bfqq.entity.prio_changed = 1;
4786
4787         bfqd->queue = q;
4788
4789         INIT_LIST_HEAD(&bfqd->dispatch);
4790
4791         hrtimer_init(&bfqd->idle_slice_timer, CLOCK_MONOTONIC,
4792                      HRTIMER_MODE_REL);
4793         bfqd->idle_slice_timer.function = bfq_idle_slice_timer;
4794
4795         bfqd->queue_weights_tree = RB_ROOT;
4796         bfqd->group_weights_tree = RB_ROOT;
4797
4798         INIT_LIST_HEAD(&bfqd->active_list);
4799         INIT_LIST_HEAD(&bfqd->idle_list);
4800         INIT_HLIST_HEAD(&bfqd->burst_list);
4801
4802         bfqd->hw_tag = -1;
4803
4804         bfqd->bfq_max_budget = bfq_default_max_budget;
4805
4806         bfqd->bfq_fifo_expire[0] = bfq_fifo_expire[0];
4807         bfqd->bfq_fifo_expire[1] = bfq_fifo_expire[1];
4808         bfqd->bfq_back_max = bfq_back_max;
4809         bfqd->bfq_back_penalty = bfq_back_penalty;
4810         bfqd->bfq_slice_idle = bfq_slice_idle;
4811         bfqd->bfq_timeout = bfq_timeout;
4812
4813         bfqd->bfq_requests_within_timer = 120;
4814
4815         bfqd->bfq_large_burst_thresh = 8;
4816         bfqd->bfq_burst_interval = msecs_to_jiffies(180);
4817
4818         bfqd->low_latency = true;
4819
4820         /*
4821          * Trade-off between responsiveness and fairness.
4822          */
4823         bfqd->bfq_wr_coeff = 30;
4824         bfqd->bfq_wr_rt_max_time = msecs_to_jiffies(300);
4825         bfqd->bfq_wr_max_time = 0;
4826         bfqd->bfq_wr_min_idle_time = msecs_to_jiffies(2000);
4827         bfqd->bfq_wr_min_inter_arr_async = msecs_to_jiffies(500);
4828         bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate = 7000; /*
4829                                               * Approximate rate required
4830                                               * to playback or record a
4831                                               * high-definition compressed
4832                                               * video.
4833                                               */
4834         bfqd->wr_busy_queues = 0;
4835
4836         /*
4837          * Begin by assuming, optimistically, that the device is a
4838          * high-speed one, and that its peak rate is equal to 2/3 of
4839          * the highest reference rate.
4840          */
4841         bfqd->RT_prod = R_fast[blk_queue_nonrot(bfqd->queue)] *
4842                         T_fast[blk_queue_nonrot(bfqd->queue)];
4843         bfqd->peak_rate = R_fast[blk_queue_nonrot(bfqd->queue)] * 2 / 3;
4844         bfqd->device_speed = BFQ_BFQD_FAST;
4845
4846         spin_lock_init(&bfqd->lock);
4847
4848         /*
4849          * The invocation of the next bfq_create_group_hierarchy
4850          * function is the head of a chain of function calls
4851          * (bfq_create_group_hierarchy->blkcg_activate_policy->
4852          * blk_mq_freeze_queue) that may lead to the invocation of the
4853          * has_work hook function. For this reason,
4854          * bfq_create_group_hierarchy is invoked only after all
4855          * scheduler data has been initialized, apart from the fields
4856          * that can be initialized only after invoking
4857          * bfq_create_group_hierarchy. This, in particular, enables
4858          * has_work to correctly return false. Of course, to avoid
4859          * other inconsistencies, the blk-mq stack must then refrain
4860          * from invoking further scheduler hooks before this init
4861          * function is finished.
4862          */
4863         bfqd->root_group = bfq_create_group_hierarchy(bfqd, q->node);
4864         if (!bfqd->root_group)
4865                 goto out_free;
4866         bfq_init_root_group(bfqd->root_group, bfqd);
4867         bfq_init_entity(&bfqd->oom_bfqq.entity, bfqd->root_group);
4868
4869         wbt_disable_default(q);
4870         return 0;
4871
4872 out_free:
4873         kfree(bfqd);
4874         kobject_put(&eq->kobj);
4875         return -ENOMEM;
4876 }
4877
4878 static void bfq_slab_kill(void)
4879 {
4880         kmem_cache_destroy(bfq_pool);
4881 }
4882
4883 static int __init bfq_slab_setup(void)
4884 {
4885         bfq_pool = KMEM_CACHE(bfq_queue, 0);
4886         if (!bfq_pool)
4887                 return -ENOMEM;
4888         return 0;
4889 }
4890
4891 static ssize_t bfq_var_show(unsigned int var, char *page)
4892 {
4893         return sprintf(page, "%u\n", var);
4894 }
4895
4896 static int bfq_var_store(unsigned long *var, const char *page)
4897 {
4898         unsigned long new_val;
4899         int ret = kstrtoul(page, 10, &new_val);
4900
4901         if (ret)
4902                 return ret;
4903         *var = new_val;
4904         return 0;
4905 }
4906
4907 #define SHOW_FUNCTION(__FUNC, __VAR, __CONV)                            \
4908 static ssize_t __FUNC(struct elevator_queue *e, char *page)             \
4909 {                                                                       \
4910         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
4911         u64 __data = __VAR;                                             \
4912         if (__CONV == 1)                                                \
4913                 __data = jiffies_to_msecs(__data);                      \
4914         else if (__CONV == 2)                                           \
4915                 __data = div_u64(__data, NSEC_PER_MSEC);                \
4916         return bfq_var_show(__data, (page));                            \
4917 }
4918 SHOW_FUNCTION(bfq_fifo_expire_sync_show, bfqd->bfq_fifo_expire[1], 2);
4919 SHOW_FUNCTION(bfq_fifo_expire_async_show, bfqd->bfq_fifo_expire[0], 2);
4920 SHOW_FUNCTION(bfq_back_seek_max_show, bfqd->bfq_back_max, 0);
4921 SHOW_FUNCTION(bfq_back_seek_penalty_show, bfqd->bfq_back_penalty, 0);
4922 SHOW_FUNCTION(bfq_slice_idle_show, bfqd->bfq_slice_idle, 2);
4923 SHOW_FUNCTION(bfq_max_budget_show, bfqd->bfq_user_max_budget, 0);
4924 SHOW_FUNCTION(bfq_timeout_sync_show, bfqd->bfq_timeout, 1);
4925 SHOW_FUNCTION(bfq_strict_guarantees_show, bfqd->strict_guarantees, 0);
4926 SHOW_FUNCTION(bfq_low_latency_show, bfqd->low_latency, 0);
4927 #undef SHOW_FUNCTION
4928
4929 #define USEC_SHOW_FUNCTION(__FUNC, __VAR)                               \
4930 static ssize_t __FUNC(struct elevator_queue *e, char *page)             \
4931 {                                                                       \
4932         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
4933         u64 __data = __VAR;                                             \
4934         __data = div_u64(__data, NSEC_PER_USEC);                        \
4935         return bfq_var_show(__data, (page));                            \
4936 }
4937 USEC_SHOW_FUNCTION(bfq_slice_idle_us_show, bfqd->bfq_slice_idle);
4938 #undef USEC_SHOW_FUNCTION
4939
4940 #define STORE_FUNCTION(__FUNC, __PTR, MIN, MAX, __CONV)                 \
4941 static ssize_t                                                          \
4942 __FUNC(struct elevator_queue *e, const char *page, size_t count)        \
4943 {                                                                       \
4944         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
4945         unsigned long __data, __min = (MIN), __max = (MAX);             \
4946         int ret;                                                        \
4947                                                                         \
4948         ret = bfq_var_store(&__data, (page));                           \
4949         if (ret)                                                        \
4950                 return ret;                                             \
4951         if (__data < __min)                                             \
4952                 __data = __min;                                         \
4953         else if (__data > __max)                                        \
4954                 __data = __max;                                         \
4955         if (__CONV == 1)                                                \
4956                 *(__PTR) = msecs_to_jiffies(__data);                    \
4957         else if (__CONV == 2)                                           \
4958                 *(__PTR) = (u64)__data * NSEC_PER_MSEC;                 \
4959         else                                                            \
4960                 *(__PTR) = __data;                                      \
4961         return count;                                                   \
4962 }
4963 STORE_FUNCTION(bfq_fifo_expire_sync_store, &bfqd->bfq_fifo_expire[1], 1,
4964                 INT_MAX, 2);
4965 STORE_FUNCTION(bfq_fifo_expire_async_store, &bfqd->bfq_fifo_expire[0], 1,
4966                 INT_MAX, 2);
4967 STORE_FUNCTION(bfq_back_seek_max_store, &bfqd->bfq_back_max, 0, INT_MAX, 0);
4968 STORE_FUNCTION(bfq_back_seek_penalty_store, &bfqd->bfq_back_penalty, 1,
4969                 INT_MAX, 0);
4970 STORE_FUNCTION(bfq_slice_idle_store, &bfqd->bfq_slice_idle, 0, INT_MAX, 2);
4971 #undef STORE_FUNCTION
4972
4973 #define USEC_STORE_FUNCTION(__FUNC, __PTR, MIN, MAX)                    \
4974 static ssize_t __FUNC(struct elevator_queue *e, const char *page, size_t count)\
4975 {                                                                       \
4976         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
4977         unsigned long __data, __min = (MIN), __max = (MAX);             \
4978         int ret;                                                        \
4979                                                                         \
4980         ret = bfq_var_store(&__data, (page));                           \
4981         if (ret)                                                        \
4982                 return ret;                                             \
4983         if (__data < __min)                                             \
4984                 __data = __min;                                         \
4985         else if (__data > __max)                                        \
4986                 __data = __max;                                         \
4987         *(__PTR) = (u64)__data * NSEC_PER_USEC;                         \
4988         return count;                                                   \
4989 }
4990 USEC_STORE_FUNCTION(bfq_slice_idle_us_store, &bfqd->bfq_slice_idle, 0,
4991                     UINT_MAX);
4992 #undef USEC_STORE_FUNCTION
4993
4994 static ssize_t bfq_max_budget_store(struct elevator_queue *e,
4995                                     const char *page, size_t count)
4996 {
4997         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
4998         unsigned long __data;
4999         int ret;
5000
5001         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
5002         if (ret)
5003                 return ret;
5004
5005         if (__data == 0)
5006                 bfqd->bfq_max_budget = bfq_calc_max_budget(bfqd);
5007         else {
5008                 if (__data > INT_MAX)
5009                         __data = INT_MAX;
5010                 bfqd->bfq_max_budget = __data;
5011         }
5012
5013         bfqd->bfq_user_max_budget = __data;
5014
5015         return count;
5016 }
5017
5018 /*
5019  * Leaving this name to preserve name compatibility with cfq
5020  * parameters, but this timeout is used for both sync and async.
5021  */
5022 static ssize_t bfq_timeout_sync_store(struct elevator_queue *e,
5023                                       const char *page, size_t count)
5024 {
5025         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
5026         unsigned long __data;
5027         int ret;
5028
5029         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
5030         if (ret)
5031                 return ret;
5032
5033         if (__data < 1)
5034                 __data = 1;
5035         else if (__data > INT_MAX)
5036                 __data = INT_MAX;
5037
5038         bfqd->bfq_timeout = msecs_to_jiffies(__data);
5039         if (bfqd->bfq_user_max_budget == 0)
5040                 bfqd->bfq_max_budget = bfq_calc_max_budget(bfqd);
5041
5042         return count;
5043 }
5044
5045 static ssize_t bfq_strict_guarantees_store(struct elevator_queue *e,
5046                                      const char *page, size_t count)
5047 {
5048         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
5049         unsigned long __data;
5050         int ret;
5051
5052         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
5053         if (ret)
5054                 return ret;
5055
5056         if (__data > 1)
5057                 __data = 1;
5058         if (!bfqd->strict_guarantees && __data == 1
5059             && bfqd->bfq_slice_idle < 8 * NSEC_PER_MSEC)
5060                 bfqd->bfq_slice_idle = 8 * NSEC_PER_MSEC;
5061
5062         bfqd->strict_guarantees = __data;
5063
5064         return count;
5065 }
5066
5067 static ssize_t bfq_low_latency_store(struct elevator_queue *e,
5068                                      const char *page, size_t count)
5069 {
5070         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
5071         unsigned long __data;
5072         int ret;
5073
5074         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
5075         if (ret)
5076                 return ret;
5077
5078         if (__data > 1)
5079                 __data = 1;
5080         if (__data == 0 && bfqd->low_latency != 0)
5081                 bfq_end_wr(bfqd);
5082         bfqd->low_latency = __data;
5083
5084         return count;
5085 }
5086
5087 #define BFQ_ATTR(name) \
5088         __ATTR(name, 0644, bfq_##name##_show, bfq_##name##_store)
5089
5090 static struct elv_fs_entry bfq_attrs[] = {
5091         BFQ_ATTR(fifo_expire_sync),
5092         BFQ_ATTR(fifo_expire_async),
5093         BFQ_ATTR(back_seek_max),
5094         BFQ_ATTR(back_seek_penalty),
5095         BFQ_ATTR(slice_idle),
5096         BFQ_ATTR(slice_idle_us),
5097         BFQ_ATTR(max_budget),
5098         BFQ_ATTR(timeout_sync),
5099         BFQ_ATTR(strict_guarantees),
5100         BFQ_ATTR(low_latency),
5101         __ATTR_NULL
5102 };
5103
5104 static struct elevator_type iosched_bfq_mq = {
5105         .ops.mq = {
5106                 .prepare_request        = bfq_prepare_request,
5107                 .finish_request         = bfq_finish_request,
5108                 .exit_icq               = bfq_exit_icq,
5109                 .insert_requests        = bfq_insert_requests,
5110                 .dispatch_request       = bfq_dispatch_request,
5111                 .next_request           = elv_rb_latter_request,
5112                 .former_request         = elv_rb_former_request,
5113                 .allow_merge            = bfq_allow_bio_merge,
5114                 .bio_merge              = bfq_bio_merge,
5115                 .request_merge          = bfq_request_merge,
5116                 .requests_merged        = bfq_requests_merged,
5117                 .request_merged         = bfq_request_merged,
5118                 .has_work               = bfq_has_work,
5119                 .init_sched             = bfq_init_queue,
5120                 .exit_sched             = bfq_exit_queue,
5121         },
5122
5123         .uses_mq =              true,
5124         .icq_size =             sizeof(struct bfq_io_cq),
5125         .icq_align =            __alignof__(struct bfq_io_cq),
5126         .elevator_attrs =       bfq_attrs,
5127         .elevator_name =        "bfq",
5128         .elevator_owner =       THIS_MODULE,
5129 };
5130 MODULE_ALIAS("bfq-iosched");
5131
5132 static int __init bfq_init(void)
5133 {
5134         int ret;
5135
5136 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
5137         ret = blkcg_policy_register(&blkcg_policy_bfq);
5138         if (ret)
5139                 return ret;
5140 #endif
5141
5142         ret = -ENOMEM;
5143         if (bfq_slab_setup())
5144                 goto err_pol_unreg;
5145
5146         /*
5147          * Times to load large popular applications for the typical
5148          * systems installed on the reference devices (see the
5149          * comments before the definitions of the next two
5150          * arrays). Actually, we use slightly slower values, as the
5151          * estimated peak rate tends to be smaller than the actual
5152          * peak rate.  The reason for this last fact is that estimates
5153          * are computed over much shorter time intervals than the long
5154          * intervals typically used for benchmarking. Why? First, to
5155          * adapt more quickly to variations. Second, because an I/O
5156          * scheduler cannot rely on a peak-rate-evaluation workload to
5157          * be run for a long time.
5158          */
5159         T_slow[0] = msecs_to_jiffies(3500); /* actually 4 sec */
5160         T_slow[1] = msecs_to_jiffies(6000); /* actually 6.5 sec */
5161         T_fast[0] = msecs_to_jiffies(7000); /* actually 8 sec */
5162         T_fast[1] = msecs_to_jiffies(2500); /* actually 3 sec */
5163
5164         /*
5165          * Thresholds that determine the switch between speed classes
5166          * (see the comments before the definition of the array
5167          * device_speed_thresh). These thresholds are biased towards
5168          * transitions to the fast class. This is safer than the
5169          * opposite bias. In fact, a wrong transition to the slow
5170          * class results in short weight-raising periods, because the
5171          * speed of the device then tends to be higher that the
5172          * reference peak rate. On the opposite end, a wrong
5173          * transition to the fast class tends to increase
5174          * weight-raising periods, because of the opposite reason.
5175          */
5176         device_speed_thresh[0] = (4 * R_slow[0]) / 3;
5177         device_speed_thresh[1] = (4 * R_slow[1]) / 3;
5178
5179         ret = elv_register(&iosched_bfq_mq);
5180         if (ret)
5181                 goto slab_kill;
5182
5183         return 0;
5184
5185 slab_kill:
5186         bfq_slab_kill();
5187 err_pol_unreg:
5188 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
5189         blkcg_policy_unregister(&blkcg_policy_bfq);
5190 #endif
5191         return ret;
5192 }
5193
5194 static void __exit bfq_exit(void)
5195 {
5196         elv_unregister(&iosched_bfq_mq);
5197 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
5198         blkcg_policy_unregister(&blkcg_policy_bfq);
5199 #endif
5200         bfq_slab_kill();
5201 }
5202
5203 module_init(bfq_init);
5204 module_exit(bfq_exit);
5205
5206 MODULE_AUTHOR("Paolo Valente");
5207 MODULE_LICENSE("GPL");
5208 MODULE_DESCRIPTION("MQ Budget Fair Queueing I/O Scheduler");