GNU Linux-libre 4.19.286-gnu1
[releases.git] / block / bfq-iosched.c
1 /*
2  * Budget Fair Queueing (BFQ) I/O scheduler.
3  *
4  * Based on ideas and code from CFQ:
5  * Copyright (C) 2003 Jens Axboe <axboe@kernel.dk>
6  *
7  * Copyright (C) 2008 Fabio Checconi <fabio@gandalf.sssup.it>
8  *                    Paolo Valente <paolo.valente@unimore.it>
9  *
10  * Copyright (C) 2010 Paolo Valente <paolo.valente@unimore.it>
11  *                    Arianna Avanzini <avanzini@google.com>
12  *
13  * Copyright (C) 2017 Paolo Valente <paolo.valente@linaro.org>
14  *
15  *  This program is free software; you can redistribute it and/or
16  *  modify it under the terms of the GNU General Public License as
17  *  published by the Free Software Foundation; either version 2 of the
18  *  License, or (at your option) any later version.
19  *
20  *  This program is distributed in the hope that it will be useful,
21  *  but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
22  *  MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
23  *  General Public License for more details.
24  *
25  * BFQ is a proportional-share I/O scheduler, with some extra
26  * low-latency capabilities. BFQ also supports full hierarchical
27  * scheduling through cgroups. Next paragraphs provide an introduction
28  * on BFQ inner workings. Details on BFQ benefits, usage and
29  * limitations can be found in Documentation/block/bfq-iosched.txt.
30  *
31  * BFQ is a proportional-share storage-I/O scheduling algorithm based
32  * on the slice-by-slice service scheme of CFQ. But BFQ assigns
33  * budgets, measured in number of sectors, to processes instead of
34  * time slices. The device is not granted to the in-service process
35  * for a given time slice, but until it has exhausted its assigned
36  * budget. This change from the time to the service domain enables BFQ
37  * to distribute the device throughput among processes as desired,
38  * without any distortion due to throughput fluctuations, or to device
39  * internal queueing. BFQ uses an ad hoc internal scheduler, called
40  * B-WF2Q+, to schedule processes according to their budgets. More
41  * precisely, BFQ schedules queues associated with processes. Each
42  * process/queue is assigned a user-configurable weight, and B-WF2Q+
43  * guarantees that each queue receives a fraction of the throughput
44  * proportional to its weight. Thanks to the accurate policy of
45  * B-WF2Q+, BFQ can afford to assign high budgets to I/O-bound
46  * processes issuing sequential requests (to boost the throughput),
47  * and yet guarantee a low latency to interactive and soft real-time
48  * applications.
49  *
50  * In particular, to provide these low-latency guarantees, BFQ
51  * explicitly privileges the I/O of two classes of time-sensitive
52  * applications: interactive and soft real-time. In more detail, BFQ
53  * behaves this way if the low_latency parameter is set (default
54  * configuration). This feature enables BFQ to provide applications in
55  * these classes with a very low latency.
56  *
57  * To implement this feature, BFQ constantly tries to detect whether
58  * the I/O requests in a bfq_queue come from an interactive or a soft
59  * real-time application. For brevity, in these cases, the queue is
60  * said to be interactive or soft real-time. In both cases, BFQ
61  * privileges the service of the queue, over that of non-interactive
62  * and non-soft-real-time queues. This privileging is performed,
63  * mainly, by raising the weight of the queue. So, for brevity, we
64  * call just weight-raising periods the time periods during which a
65  * queue is privileged, because deemed interactive or soft real-time.
66  *
67  * The detection of soft real-time queues/applications is described in
68  * detail in the comments on the function
69  * bfq_bfqq_softrt_next_start. On the other hand, the detection of an
70  * interactive queue works as follows: a queue is deemed interactive
71  * if it is constantly non empty only for a limited time interval,
72  * after which it does become empty. The queue may be deemed
73  * interactive again (for a limited time), if it restarts being
74  * constantly non empty, provided that this happens only after the
75  * queue has remained empty for a given minimum idle time.
76  *
77  * By default, BFQ computes automatically the above maximum time
78  * interval, i.e., the time interval after which a constantly
79  * non-empty queue stops being deemed interactive. Since a queue is
80  * weight-raised while it is deemed interactive, this maximum time
81  * interval happens to coincide with the (maximum) duration of the
82  * weight-raising for interactive queues.
83  *
84  * Finally, BFQ also features additional heuristics for
85  * preserving both a low latency and a high throughput on NCQ-capable,
86  * rotational or flash-based devices, and to get the job done quickly
87  * for applications consisting in many I/O-bound processes.
88  *
89  * NOTE: if the main or only goal, with a given device, is to achieve
90  * the maximum-possible throughput at all times, then do switch off
91  * all low-latency heuristics for that device, by setting low_latency
92  * to 0.
93  *
94  * BFQ is described in [1], where also a reference to the initial,
95  * more theoretical paper on BFQ can be found. The interested reader
96  * can find in the latter paper full details on the main algorithm, as
97  * well as formulas of the guarantees and formal proofs of all the
98  * properties.  With respect to the version of BFQ presented in these
99  * papers, this implementation adds a few more heuristics, such as the
100  * ones that guarantee a low latency to interactive and soft real-time
101  * applications, and a hierarchical extension based on H-WF2Q+.
102  *
103  * B-WF2Q+ is based on WF2Q+, which is described in [2], together with
104  * H-WF2Q+, while the augmented tree used here to implement B-WF2Q+
105  * with O(log N) complexity derives from the one introduced with EEVDF
106  * in [3].
107  *
108  * [1] P. Valente, A. Avanzini, "Evolution of the BFQ Storage I/O
109  *     Scheduler", Proceedings of the First Workshop on Mobile System
110  *     Technologies (MST-2015), May 2015.
111  *     http://algogroup.unimore.it/people/paolo/disk_sched/mst-2015.pdf
112  *
113  * [2] Jon C.R. Bennett and H. Zhang, "Hierarchical Packet Fair Queueing
114  *     Algorithms", IEEE/ACM Transactions on Networking, 5(5):675-689,
115  *     Oct 1997.
116  *
117  * http://www.cs.cmu.edu/~hzhang/papers/TON-97-Oct.ps.gz
118  *
119  * [3] I. Stoica and H. Abdel-Wahab, "Earliest Eligible Virtual Deadline
120  *     First: A Flexible and Accurate Mechanism for Proportional Share
121  *     Resource Allocation", technical report.
122  *
123  * http://www.cs.berkeley.edu/~istoica/papers/eevdf-tr-95.pdf
124  */
125 #include <linux/module.h>
126 #include <linux/slab.h>
127 #include <linux/blkdev.h>
128 #include <linux/cgroup.h>
129 #include <linux/elevator.h>
130 #include <linux/ktime.h>
131 #include <linux/rbtree.h>
132 #include <linux/ioprio.h>
133 #include <linux/sbitmap.h>
134 #include <linux/delay.h>
135 #include <linux/backing-dev.h>
136
137 #include "blk.h"
138 #include "blk-mq.h"
139 #include "blk-mq-tag.h"
140 #include "blk-mq-sched.h"
141 #include "bfq-iosched.h"
142 #include "blk-wbt.h"
143
144 #define BFQ_BFQQ_FNS(name)                                              \
145 void bfq_mark_bfqq_##name(struct bfq_queue *bfqq)                       \
146 {                                                                       \
147         __set_bit(BFQQF_##name, &(bfqq)->flags);                        \
148 }                                                                       \
149 void bfq_clear_bfqq_##name(struct bfq_queue *bfqq)                      \
150 {                                                                       \
151         __clear_bit(BFQQF_##name, &(bfqq)->flags);              \
152 }                                                                       \
153 int bfq_bfqq_##name(const struct bfq_queue *bfqq)                       \
154 {                                                                       \
155         return test_bit(BFQQF_##name, &(bfqq)->flags);          \
156 }
157
158 BFQ_BFQQ_FNS(just_created);
159 BFQ_BFQQ_FNS(busy);
160 BFQ_BFQQ_FNS(wait_request);
161 BFQ_BFQQ_FNS(non_blocking_wait_rq);
162 BFQ_BFQQ_FNS(fifo_expire);
163 BFQ_BFQQ_FNS(has_short_ttime);
164 BFQ_BFQQ_FNS(sync);
165 BFQ_BFQQ_FNS(IO_bound);
166 BFQ_BFQQ_FNS(in_large_burst);
167 BFQ_BFQQ_FNS(coop);
168 BFQ_BFQQ_FNS(split_coop);
169 BFQ_BFQQ_FNS(softrt_update);
170 #undef BFQ_BFQQ_FNS                                             \
171
172 /* Expiration time of sync (0) and async (1) requests, in ns. */
173 static const u64 bfq_fifo_expire[2] = { NSEC_PER_SEC / 4, NSEC_PER_SEC / 8 };
174
175 /* Maximum backwards seek (magic number lifted from CFQ), in KiB. */
176 static const int bfq_back_max = 16 * 1024;
177
178 /* Penalty of a backwards seek, in number of sectors. */
179 static const int bfq_back_penalty = 2;
180
181 /* Idling period duration, in ns. */
182 static u64 bfq_slice_idle = NSEC_PER_SEC / 125;
183
184 /* Minimum number of assigned budgets for which stats are safe to compute. */
185 static const int bfq_stats_min_budgets = 194;
186
187 /* Default maximum budget values, in sectors and number of requests. */
188 static const int bfq_default_max_budget = 16 * 1024;
189
190 /*
191  * When a sync request is dispatched, the queue that contains that
192  * request, and all the ancestor entities of that queue, are charged
193  * with the number of sectors of the request. In constrast, if the
194  * request is async, then the queue and its ancestor entities are
195  * charged with the number of sectors of the request, multiplied by
196  * the factor below. This throttles the bandwidth for async I/O,
197  * w.r.t. to sync I/O, and it is done to counter the tendency of async
198  * writes to steal I/O throughput to reads.
199  *
200  * The current value of this parameter is the result of a tuning with
201  * several hardware and software configurations. We tried to find the
202  * lowest value for which writes do not cause noticeable problems to
203  * reads. In fact, the lower this parameter, the stabler I/O control,
204  * in the following respect.  The lower this parameter is, the less
205  * the bandwidth enjoyed by a group decreases
206  * - when the group does writes, w.r.t. to when it does reads;
207  * - when other groups do reads, w.r.t. to when they do writes.
208  */
209 static const int bfq_async_charge_factor = 3;
210
211 /* Default timeout values, in jiffies, approximating CFQ defaults. */
212 const int bfq_timeout = HZ / 8;
213
214 /*
215  * Time limit for merging (see comments in bfq_setup_cooperator). Set
216  * to the slowest value that, in our tests, proved to be effective in
217  * removing false positives, while not causing true positives to miss
218  * queue merging.
219  *
220  * As can be deduced from the low time limit below, queue merging, if
221  * successful, happens at the very beggining of the I/O of the involved
222  * cooperating processes, as a consequence of the arrival of the very
223  * first requests from each cooperator.  After that, there is very
224  * little chance to find cooperators.
225  */
226 static const unsigned long bfq_merge_time_limit = HZ/10;
227
228 static struct kmem_cache *bfq_pool;
229
230 /* Below this threshold (in ns), we consider thinktime immediate. */
231 #define BFQ_MIN_TT              (2 * NSEC_PER_MSEC)
232
233 /* hw_tag detection: parallel requests threshold and min samples needed. */
234 #define BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD  4
235 #define BFQ_HW_QUEUE_SAMPLES    32
236
237 #define BFQQ_SEEK_THR           (sector_t)(8 * 100)
238 #define BFQQ_SECT_THR_NONROT    (sector_t)(2 * 32)
239 #define BFQQ_CLOSE_THR          (sector_t)(8 * 1024)
240 #define BFQQ_SEEKY(bfqq)        (hweight32(bfqq->seek_history) > 19)
241
242 /* Min number of samples required to perform peak-rate update */
243 #define BFQ_RATE_MIN_SAMPLES    32
244 /* Min observation time interval required to perform a peak-rate update (ns) */
245 #define BFQ_RATE_MIN_INTERVAL   (300*NSEC_PER_MSEC)
246 /* Target observation time interval for a peak-rate update (ns) */
247 #define BFQ_RATE_REF_INTERVAL   NSEC_PER_SEC
248
249 /*
250  * Shift used for peak-rate fixed precision calculations.
251  * With
252  * - the current shift: 16 positions
253  * - the current type used to store rate: u32
254  * - the current unit of measure for rate: [sectors/usec], or, more precisely,
255  *   [(sectors/usec) / 2^BFQ_RATE_SHIFT] to take into account the shift,
256  * the range of rates that can be stored is
257  * [1 / 2^BFQ_RATE_SHIFT, 2^(32 - BFQ_RATE_SHIFT)] sectors/usec =
258  * [1 / 2^16, 2^16] sectors/usec = [15e-6, 65536] sectors/usec =
259  * [15, 65G] sectors/sec
260  * Which, assuming a sector size of 512B, corresponds to a range of
261  * [7.5K, 33T] B/sec
262  */
263 #define BFQ_RATE_SHIFT          16
264
265 /*
266  * When configured for computing the duration of the weight-raising
267  * for interactive queues automatically (see the comments at the
268  * beginning of this file), BFQ does it using the following formula:
269  * duration = (ref_rate / r) * ref_wr_duration,
270  * where r is the peak rate of the device, and ref_rate and
271  * ref_wr_duration are two reference parameters.  In particular,
272  * ref_rate is the peak rate of the reference storage device (see
273  * below), and ref_wr_duration is about the maximum time needed, with
274  * BFQ and while reading two files in parallel, to load typical large
275  * applications on the reference device (see the comments on
276  * max_service_from_wr below, for more details on how ref_wr_duration
277  * is obtained).  In practice, the slower/faster the device at hand
278  * is, the more/less it takes to load applications with respect to the
279  * reference device.  Accordingly, the longer/shorter BFQ grants
280  * weight raising to interactive applications.
281  *
282  * BFQ uses two different reference pairs (ref_rate, ref_wr_duration),
283  * depending on whether the device is rotational or non-rotational.
284  *
285  * In the following definitions, ref_rate[0] and ref_wr_duration[0]
286  * are the reference values for a rotational device, whereas
287  * ref_rate[1] and ref_wr_duration[1] are the reference values for a
288  * non-rotational device. The reference rates are not the actual peak
289  * rates of the devices used as a reference, but slightly lower
290  * values. The reason for using slightly lower values is that the
291  * peak-rate estimator tends to yield slightly lower values than the
292  * actual peak rate (it can yield the actual peak rate only if there
293  * is only one process doing I/O, and the process does sequential
294  * I/O).
295  *
296  * The reference peak rates are measured in sectors/usec, left-shifted
297  * by BFQ_RATE_SHIFT.
298  */
299 static int ref_rate[2] = {14000, 33000};
300 /*
301  * To improve readability, a conversion function is used to initialize
302  * the following array, which entails that the array can be
303  * initialized only in a function.
304  */
305 static int ref_wr_duration[2];
306
307 /*
308  * BFQ uses the above-detailed, time-based weight-raising mechanism to
309  * privilege interactive tasks. This mechanism is vulnerable to the
310  * following false positives: I/O-bound applications that will go on
311  * doing I/O for much longer than the duration of weight
312  * raising. These applications have basically no benefit from being
313  * weight-raised at the beginning of their I/O. On the opposite end,
314  * while being weight-raised, these applications
315  * a) unjustly steal throughput to applications that may actually need
316  * low latency;
317  * b) make BFQ uselessly perform device idling; device idling results
318  * in loss of device throughput with most flash-based storage, and may
319  * increase latencies when used purposelessly.
320  *
321  * BFQ tries to reduce these problems, by adopting the following
322  * countermeasure. To introduce this countermeasure, we need first to
323  * finish explaining how the duration of weight-raising for
324  * interactive tasks is computed.
325  *
326  * For a bfq_queue deemed as interactive, the duration of weight
327  * raising is dynamically adjusted, as a function of the estimated
328  * peak rate of the device, so as to be equal to the time needed to
329  * execute the 'largest' interactive task we benchmarked so far. By
330  * largest task, we mean the task for which each involved process has
331  * to do more I/O than for any of the other tasks we benchmarked. This
332  * reference interactive task is the start-up of LibreOffice Writer,
333  * and in this task each process/bfq_queue needs to have at most ~110K
334  * sectors transferred.
335  *
336  * This last piece of information enables BFQ to reduce the actual
337  * duration of weight-raising for at least one class of I/O-bound
338  * applications: those doing sequential or quasi-sequential I/O. An
339  * example is file copy. In fact, once started, the main I/O-bound
340  * processes of these applications usually consume the above 110K
341  * sectors in much less time than the processes of an application that
342  * is starting, because these I/O-bound processes will greedily devote
343  * almost all their CPU cycles only to their target,
344  * throughput-friendly I/O operations. This is even more true if BFQ
345  * happens to be underestimating the device peak rate, and thus
346  * overestimating the duration of weight raising. But, according to
347  * our measurements, once transferred 110K sectors, these processes
348  * have no right to be weight-raised any longer.
349  *
350  * Basing on the last consideration, BFQ ends weight-raising for a
351  * bfq_queue if the latter happens to have received an amount of
352  * service at least equal to the following constant. The constant is
353  * set to slightly more than 110K, to have a minimum safety margin.
354  *
355  * This early ending of weight-raising reduces the amount of time
356  * during which interactive false positives cause the two problems
357  * described at the beginning of these comments.
358  */
359 static const unsigned long max_service_from_wr = 120000;
360
361 #define RQ_BIC(rq)              icq_to_bic((rq)->elv.priv[0])
362 #define RQ_BFQQ(rq)             ((rq)->elv.priv[1])
363
364 struct bfq_queue *bic_to_bfqq(struct bfq_io_cq *bic, bool is_sync)
365 {
366         return bic->bfqq[is_sync];
367 }
368
369 void bic_set_bfqq(struct bfq_io_cq *bic, struct bfq_queue *bfqq, bool is_sync)
370 {
371         bic->bfqq[is_sync] = bfqq;
372 }
373
374 struct bfq_data *bic_to_bfqd(struct bfq_io_cq *bic)
375 {
376         return bic->icq.q->elevator->elevator_data;
377 }
378
379 /**
380  * icq_to_bic - convert iocontext queue structure to bfq_io_cq.
381  * @icq: the iocontext queue.
382  */
383 static struct bfq_io_cq *icq_to_bic(struct io_cq *icq)
384 {
385         /* bic->icq is the first member, %NULL will convert to %NULL */
386         return container_of(icq, struct bfq_io_cq, icq);
387 }
388
389 /**
390  * bfq_bic_lookup - search into @ioc a bic associated to @bfqd.
391  * @bfqd: the lookup key.
392  * @ioc: the io_context of the process doing I/O.
393  * @q: the request queue.
394  */
395 static struct bfq_io_cq *bfq_bic_lookup(struct bfq_data *bfqd,
396                                         struct io_context *ioc,
397                                         struct request_queue *q)
398 {
399         if (ioc) {
400                 unsigned long flags;
401                 struct bfq_io_cq *icq;
402
403                 spin_lock_irqsave(q->queue_lock, flags);
404                 icq = icq_to_bic(ioc_lookup_icq(ioc, q));
405                 spin_unlock_irqrestore(q->queue_lock, flags);
406
407                 return icq;
408         }
409
410         return NULL;
411 }
412
413 /*
414  * Scheduler run of queue, if there are requests pending and no one in the
415  * driver that will restart queueing.
416  */
417 void bfq_schedule_dispatch(struct bfq_data *bfqd)
418 {
419         lockdep_assert_held(&bfqd->lock);
420
421         if (bfqd->queued != 0) {
422                 bfq_log(bfqd, "schedule dispatch");
423                 blk_mq_run_hw_queues(bfqd->queue, true);
424         }
425 }
426
427 #define bfq_class_idle(bfqq)    ((bfqq)->ioprio_class == IOPRIO_CLASS_IDLE)
428 #define bfq_class_rt(bfqq)      ((bfqq)->ioprio_class == IOPRIO_CLASS_RT)
429
430 #define bfq_sample_valid(samples)       ((samples) > 80)
431
432 /*
433  * Lifted from AS - choose which of rq1 and rq2 that is best served now.
434  * We choose the request that is closesr to the head right now.  Distance
435  * behind the head is penalized and only allowed to a certain extent.
436  */
437 static struct request *bfq_choose_req(struct bfq_data *bfqd,
438                                       struct request *rq1,
439                                       struct request *rq2,
440                                       sector_t last)
441 {
442         sector_t s1, s2, d1 = 0, d2 = 0;
443         unsigned long back_max;
444 #define BFQ_RQ1_WRAP    0x01 /* request 1 wraps */
445 #define BFQ_RQ2_WRAP    0x02 /* request 2 wraps */
446         unsigned int wrap = 0; /* bit mask: requests behind the disk head? */
447
448         if (!rq1 || rq1 == rq2)
449                 return rq2;
450         if (!rq2)
451                 return rq1;
452
453         if (rq_is_sync(rq1) && !rq_is_sync(rq2))
454                 return rq1;
455         else if (rq_is_sync(rq2) && !rq_is_sync(rq1))
456                 return rq2;
457         if ((rq1->cmd_flags & REQ_META) && !(rq2->cmd_flags & REQ_META))
458                 return rq1;
459         else if ((rq2->cmd_flags & REQ_META) && !(rq1->cmd_flags & REQ_META))
460                 return rq2;
461
462         s1 = blk_rq_pos(rq1);
463         s2 = blk_rq_pos(rq2);
464
465         /*
466          * By definition, 1KiB is 2 sectors.
467          */
468         back_max = bfqd->bfq_back_max * 2;
469
470         /*
471          * Strict one way elevator _except_ in the case where we allow
472          * short backward seeks which are biased as twice the cost of a
473          * similar forward seek.
474          */
475         if (s1 >= last)
476                 d1 = s1 - last;
477         else if (s1 + back_max >= last)
478                 d1 = (last - s1) * bfqd->bfq_back_penalty;
479         else
480                 wrap |= BFQ_RQ1_WRAP;
481
482         if (s2 >= last)
483                 d2 = s2 - last;
484         else if (s2 + back_max >= last)
485                 d2 = (last - s2) * bfqd->bfq_back_penalty;
486         else
487                 wrap |= BFQ_RQ2_WRAP;
488
489         /* Found required data */
490
491         /*
492          * By doing switch() on the bit mask "wrap" we avoid having to
493          * check two variables for all permutations: --> faster!
494          */
495         switch (wrap) {
496         case 0: /* common case for CFQ: rq1 and rq2 not wrapped */
497                 if (d1 < d2)
498                         return rq1;
499                 else if (d2 < d1)
500                         return rq2;
501
502                 if (s1 >= s2)
503                         return rq1;
504                 else
505                         return rq2;
506
507         case BFQ_RQ2_WRAP:
508                 return rq1;
509         case BFQ_RQ1_WRAP:
510                 return rq2;
511         case BFQ_RQ1_WRAP|BFQ_RQ2_WRAP: /* both rqs wrapped */
512         default:
513                 /*
514                  * Since both rqs are wrapped,
515                  * start with the one that's further behind head
516                  * (--> only *one* back seek required),
517                  * since back seek takes more time than forward.
518                  */
519                 if (s1 <= s2)
520                         return rq1;
521                 else
522                         return rq2;
523         }
524 }
525
526 /*
527  * Async I/O can easily starve sync I/O (both sync reads and sync
528  * writes), by consuming all tags. Similarly, storms of sync writes,
529  * such as those that sync(2) may trigger, can starve sync reads.
530  * Limit depths of async I/O and sync writes so as to counter both
531  * problems.
532  */
533 static void bfq_limit_depth(unsigned int op, struct blk_mq_alloc_data *data)
534 {
535         struct bfq_data *bfqd = data->q->elevator->elevator_data;
536
537         if (op_is_sync(op) && !op_is_write(op))
538                 return;
539
540         data->shallow_depth =
541                 bfqd->word_depths[!!bfqd->wr_busy_queues][op_is_sync(op)];
542
543         bfq_log(bfqd, "[%s] wr_busy %d sync %d depth %u",
544                         __func__, bfqd->wr_busy_queues, op_is_sync(op),
545                         data->shallow_depth);
546 }
547
548 static struct bfq_queue *
549 bfq_rq_pos_tree_lookup(struct bfq_data *bfqd, struct rb_root *root,
550                      sector_t sector, struct rb_node **ret_parent,
551                      struct rb_node ***rb_link)
552 {
553         struct rb_node **p, *parent;
554         struct bfq_queue *bfqq = NULL;
555
556         parent = NULL;
557         p = &root->rb_node;
558         while (*p) {
559                 struct rb_node **n;
560
561                 parent = *p;
562                 bfqq = rb_entry(parent, struct bfq_queue, pos_node);
563
564                 /*
565                  * Sort strictly based on sector. Smallest to the left,
566                  * largest to the right.
567                  */
568                 if (sector > blk_rq_pos(bfqq->next_rq))
569                         n = &(*p)->rb_right;
570                 else if (sector < blk_rq_pos(bfqq->next_rq))
571                         n = &(*p)->rb_left;
572                 else
573                         break;
574                 p = n;
575                 bfqq = NULL;
576         }
577
578         *ret_parent = parent;
579         if (rb_link)
580                 *rb_link = p;
581
582         bfq_log(bfqd, "rq_pos_tree_lookup %llu: returning %d",
583                 (unsigned long long)sector,
584                 bfqq ? bfqq->pid : 0);
585
586         return bfqq;
587 }
588
589 static bool bfq_too_late_for_merging(struct bfq_queue *bfqq)
590 {
591         return bfqq->service_from_backlogged > 0 &&
592                 time_is_before_jiffies(bfqq->first_IO_time +
593                                        bfq_merge_time_limit);
594 }
595
596 void bfq_pos_tree_add_move(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
597 {
598         struct rb_node **p, *parent;
599         struct bfq_queue *__bfqq;
600
601         if (bfqq->pos_root) {
602                 rb_erase(&bfqq->pos_node, bfqq->pos_root);
603                 bfqq->pos_root = NULL;
604         }
605
606         /*
607          * bfqq cannot be merged any longer (see comments in
608          * bfq_setup_cooperator): no point in adding bfqq into the
609          * position tree.
610          */
611         if (bfq_too_late_for_merging(bfqq))
612                 return;
613
614         if (bfq_class_idle(bfqq))
615                 return;
616         if (!bfqq->next_rq)
617                 return;
618
619         bfqq->pos_root = &bfq_bfqq_to_bfqg(bfqq)->rq_pos_tree;
620         __bfqq = bfq_rq_pos_tree_lookup(bfqd, bfqq->pos_root,
621                         blk_rq_pos(bfqq->next_rq), &parent, &p);
622         if (!__bfqq) {
623                 rb_link_node(&bfqq->pos_node, parent, p);
624                 rb_insert_color(&bfqq->pos_node, bfqq->pos_root);
625         } else
626                 bfqq->pos_root = NULL;
627 }
628
629 /*
630  * Tell whether there are active queues with different weights or
631  * active groups.
632  */
633 static bool bfq_varied_queue_weights_or_active_groups(struct bfq_data *bfqd)
634 {
635         /*
636          * For queue weights to differ, queue_weights_tree must contain
637          * at least two nodes.
638          */
639         return (!RB_EMPTY_ROOT(&bfqd->queue_weights_tree) &&
640                 (bfqd->queue_weights_tree.rb_node->rb_left ||
641                  bfqd->queue_weights_tree.rb_node->rb_right)
642 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
643                ) ||
644                 (bfqd->num_groups_with_pending_reqs > 0
645 #endif
646                );
647 }
648
649 /*
650  * The following function returns true if every queue must receive the
651  * same share of the throughput (this condition is used when deciding
652  * whether idling may be disabled, see the comments in the function
653  * bfq_better_to_idle()).
654  *
655  * Such a scenario occurs when:
656  * 1) all active queues have the same weight,
657  * 2) all active groups at the same level in the groups tree have the same
658  *    weight,
659  * 3) all active groups at the same level in the groups tree have the same
660  *    number of children.
661  *
662  * Unfortunately, keeping the necessary state for evaluating exactly
663  * the last two symmetry sub-conditions above would be quite complex
664  * and time consuming.  Therefore this function evaluates, instead,
665  * only the following stronger two sub-conditions, for which it is
666  * much easier to maintain the needed state:
667  * 1) all active queues have the same weight,
668  * 2) there are no active groups.
669  * In particular, the last condition is always true if hierarchical
670  * support or the cgroups interface are not enabled, thus no state
671  * needs to be maintained in this case.
672  */
673 static bool bfq_symmetric_scenario(struct bfq_data *bfqd)
674 {
675         return !bfq_varied_queue_weights_or_active_groups(bfqd);
676 }
677
678 /*
679  * If the weight-counter tree passed as input contains no counter for
680  * the weight of the input queue, then add that counter; otherwise just
681  * increment the existing counter.
682  *
683  * Note that weight-counter trees contain few nodes in mostly symmetric
684  * scenarios. For example, if all queues have the same weight, then the
685  * weight-counter tree for the queues may contain at most one node.
686  * This holds even if low_latency is on, because weight-raised queues
687  * are not inserted in the tree.
688  * In most scenarios, the rate at which nodes are created/destroyed
689  * should be low too.
690  */
691 void bfq_weights_tree_add(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
692                           struct rb_root *root)
693 {
694         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
695         struct rb_node **new = &(root->rb_node), *parent = NULL;
696
697         /*
698          * Do not insert if the queue is already associated with a
699          * counter, which happens if:
700          *   1) a request arrival has caused the queue to become both
701          *      non-weight-raised, and hence change its weight, and
702          *      backlogged; in this respect, each of the two events
703          *      causes an invocation of this function,
704          *   2) this is the invocation of this function caused by the
705          *      second event. This second invocation is actually useless,
706          *      and we handle this fact by exiting immediately. More
707          *      efficient or clearer solutions might possibly be adopted.
708          */
709         if (bfqq->weight_counter)
710                 return;
711
712         while (*new) {
713                 struct bfq_weight_counter *__counter = container_of(*new,
714                                                 struct bfq_weight_counter,
715                                                 weights_node);
716                 parent = *new;
717
718                 if (entity->weight == __counter->weight) {
719                         bfqq->weight_counter = __counter;
720                         goto inc_counter;
721                 }
722                 if (entity->weight < __counter->weight)
723                         new = &((*new)->rb_left);
724                 else
725                         new = &((*new)->rb_right);
726         }
727
728         bfqq->weight_counter = kzalloc(sizeof(struct bfq_weight_counter),
729                                        GFP_ATOMIC);
730
731         /*
732          * In the unlucky event of an allocation failure, we just
733          * exit. This will cause the weight of queue to not be
734          * considered in bfq_varied_queue_weights_or_active_groups,
735          * which, in its turn, causes the scenario to be deemed
736          * wrongly symmetric in case bfqq's weight would have been
737          * the only weight making the scenario asymmetric.  On the
738          * bright side, no unbalance will however occur when bfqq
739          * becomes inactive again (the invocation of this function
740          * is triggered by an activation of queue).  In fact,
741          * bfq_weights_tree_remove does nothing if
742          * !bfqq->weight_counter.
743          */
744         if (unlikely(!bfqq->weight_counter))
745                 return;
746
747         bfqq->weight_counter->weight = entity->weight;
748         rb_link_node(&bfqq->weight_counter->weights_node, parent, new);
749         rb_insert_color(&bfqq->weight_counter->weights_node, root);
750
751 inc_counter:
752         bfqq->weight_counter->num_active++;
753         bfqq->ref++;
754 }
755
756 /*
757  * Decrement the weight counter associated with the queue, and, if the
758  * counter reaches 0, remove the counter from the tree.
759  * See the comments to the function bfq_weights_tree_add() for considerations
760  * about overhead.
761  */
762 void __bfq_weights_tree_remove(struct bfq_data *bfqd,
763                                struct bfq_queue *bfqq,
764                                struct rb_root *root)
765 {
766         if (!bfqq->weight_counter)
767                 return;
768
769         bfqq->weight_counter->num_active--;
770         if (bfqq->weight_counter->num_active > 0)
771                 goto reset_entity_pointer;
772
773         rb_erase(&bfqq->weight_counter->weights_node, root);
774         kfree(bfqq->weight_counter);
775
776 reset_entity_pointer:
777         bfqq->weight_counter = NULL;
778         bfq_put_queue(bfqq);
779 }
780
781 /*
782  * Invoke __bfq_weights_tree_remove on bfqq and decrement the number
783  * of active groups for each queue's inactive parent entity.
784  */
785 void bfq_weights_tree_remove(struct bfq_data *bfqd,
786                              struct bfq_queue *bfqq)
787 {
788         struct bfq_entity *entity = bfqq->entity.parent;
789
790         for_each_entity(entity) {
791                 struct bfq_sched_data *sd = entity->my_sched_data;
792
793                 if (sd->next_in_service || sd->in_service_entity) {
794                         /*
795                          * entity is still active, because either
796                          * next_in_service or in_service_entity is not
797                          * NULL (see the comments on the definition of
798                          * next_in_service for details on why
799                          * in_service_entity must be checked too).
800                          *
801                          * As a consequence, its parent entities are
802                          * active as well, and thus this loop must
803                          * stop here.
804                          */
805                         break;
806                 }
807
808                 /*
809                  * The decrement of num_groups_with_pending_reqs is
810                  * not performed immediately upon the deactivation of
811                  * entity, but it is delayed to when it also happens
812                  * that the first leaf descendant bfqq of entity gets
813                  * all its pending requests completed. The following
814                  * instructions perform this delayed decrement, if
815                  * needed. See the comments on
816                  * num_groups_with_pending_reqs for details.
817                  */
818                 if (entity->in_groups_with_pending_reqs) {
819                         entity->in_groups_with_pending_reqs = false;
820                         bfqd->num_groups_with_pending_reqs--;
821                 }
822         }
823
824         /*
825          * Next function is invoked last, because it causes bfqq to be
826          * freed if the following holds: bfqq is not in service and
827          * has no dispatched request. DO NOT use bfqq after the next
828          * function invocation.
829          */
830         __bfq_weights_tree_remove(bfqd, bfqq,
831                                   &bfqd->queue_weights_tree);
832 }
833
834 /*
835  * Return expired entry, or NULL to just start from scratch in rbtree.
836  */
837 static struct request *bfq_check_fifo(struct bfq_queue *bfqq,
838                                       struct request *last)
839 {
840         struct request *rq;
841
842         if (bfq_bfqq_fifo_expire(bfqq))
843                 return NULL;
844
845         bfq_mark_bfqq_fifo_expire(bfqq);
846
847         rq = rq_entry_fifo(bfqq->fifo.next);
848
849         if (rq == last || ktime_get_ns() < rq->fifo_time)
850                 return NULL;
851
852         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "check_fifo: returned %p", rq);
853         return rq;
854 }
855
856 static struct request *bfq_find_next_rq(struct bfq_data *bfqd,
857                                         struct bfq_queue *bfqq,
858                                         struct request *last)
859 {
860         struct rb_node *rbnext = rb_next(&last->rb_node);
861         struct rb_node *rbprev = rb_prev(&last->rb_node);
862         struct request *next, *prev = NULL;
863
864         /* Follow expired path, else get first next available. */
865         next = bfq_check_fifo(bfqq, last);
866         if (next)
867                 return next;
868
869         if (rbprev)
870                 prev = rb_entry_rq(rbprev);
871
872         if (rbnext)
873                 next = rb_entry_rq(rbnext);
874         else {
875                 rbnext = rb_first(&bfqq->sort_list);
876                 if (rbnext && rbnext != &last->rb_node)
877                         next = rb_entry_rq(rbnext);
878         }
879
880         return bfq_choose_req(bfqd, next, prev, blk_rq_pos(last));
881 }
882
883 /* see the definition of bfq_async_charge_factor for details */
884 static unsigned long bfq_serv_to_charge(struct request *rq,
885                                         struct bfq_queue *bfqq)
886 {
887         if (bfq_bfqq_sync(bfqq) || bfqq->wr_coeff > 1)
888                 return blk_rq_sectors(rq);
889
890         return blk_rq_sectors(rq) * bfq_async_charge_factor;
891 }
892
893 /**
894  * bfq_updated_next_req - update the queue after a new next_rq selection.
895  * @bfqd: the device data the queue belongs to.
896  * @bfqq: the queue to update.
897  *
898  * If the first request of a queue changes we make sure that the queue
899  * has enough budget to serve at least its first request (if the
900  * request has grown).  We do this because if the queue has not enough
901  * budget for its first request, it has to go through two dispatch
902  * rounds to actually get it dispatched.
903  */
904 static void bfq_updated_next_req(struct bfq_data *bfqd,
905                                  struct bfq_queue *bfqq)
906 {
907         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
908         struct request *next_rq = bfqq->next_rq;
909         unsigned long new_budget;
910
911         if (!next_rq)
912                 return;
913
914         if (bfqq == bfqd->in_service_queue)
915                 /*
916                  * In order not to break guarantees, budgets cannot be
917                  * changed after an entity has been selected.
918                  */
919                 return;
920
921         new_budget = max_t(unsigned long, bfqq->max_budget,
922                            bfq_serv_to_charge(next_rq, bfqq));
923         if (entity->budget != new_budget) {
924                 entity->budget = new_budget;
925                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "updated next rq: new budget %lu",
926                                          new_budget);
927                 bfq_requeue_bfqq(bfqd, bfqq, false);
928         }
929 }
930
931 static unsigned int bfq_wr_duration(struct bfq_data *bfqd)
932 {
933         u64 dur;
934
935         if (bfqd->bfq_wr_max_time > 0)
936                 return bfqd->bfq_wr_max_time;
937
938         dur = bfqd->rate_dur_prod;
939         do_div(dur, bfqd->peak_rate);
940
941         /*
942          * Limit duration between 3 and 25 seconds. The upper limit
943          * has been conservatively set after the following worst case:
944          * on a QEMU/KVM virtual machine
945          * - running in a slow PC
946          * - with a virtual disk stacked on a slow low-end 5400rpm HDD
947          * - serving a heavy I/O workload, such as the sequential reading
948          *   of several files
949          * mplayer took 23 seconds to start, if constantly weight-raised.
950          *
951          * As for higher values than that accomodating the above bad
952          * scenario, tests show that higher values would often yield
953          * the opposite of the desired result, i.e., would worsen
954          * responsiveness by allowing non-interactive applications to
955          * preserve weight raising for too long.
956          *
957          * On the other end, lower values than 3 seconds make it
958          * difficult for most interactive tasks to complete their jobs
959          * before weight-raising finishes.
960          */
961         return clamp_val(dur, msecs_to_jiffies(3000), msecs_to_jiffies(25000));
962 }
963
964 /* switch back from soft real-time to interactive weight raising */
965 static void switch_back_to_interactive_wr(struct bfq_queue *bfqq,
966                                           struct bfq_data *bfqd)
967 {
968         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
969         bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
970         bfqq->last_wr_start_finish = bfqq->wr_start_at_switch_to_srt;
971 }
972
973 static void
974 bfq_bfqq_resume_state(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_data *bfqd,
975                       struct bfq_io_cq *bic, bool bfq_already_existing)
976 {
977         unsigned int old_wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
978         bool busy = bfq_already_existing && bfq_bfqq_busy(bfqq);
979
980         if (bic->saved_has_short_ttime)
981                 bfq_mark_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
982         else
983                 bfq_clear_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
984
985         if (bic->saved_IO_bound)
986                 bfq_mark_bfqq_IO_bound(bfqq);
987         else
988                 bfq_clear_bfqq_IO_bound(bfqq);
989
990         bfqq->ttime = bic->saved_ttime;
991         bfqq->wr_coeff = bic->saved_wr_coeff;
992         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt = bic->saved_wr_start_at_switch_to_srt;
993         bfqq->last_wr_start_finish = bic->saved_last_wr_start_finish;
994         bfqq->wr_cur_max_time = bic->saved_wr_cur_max_time;
995
996         if (bfqq->wr_coeff > 1 && (bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq) ||
997             time_is_before_jiffies(bfqq->last_wr_start_finish +
998                                    bfqq->wr_cur_max_time))) {
999                 if (bfqq->wr_cur_max_time == bfqd->bfq_wr_rt_max_time &&
1000                     !bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq) &&
1001                     time_is_after_eq_jiffies(bfqq->wr_start_at_switch_to_srt +
1002                                              bfq_wr_duration(bfqd))) {
1003                         switch_back_to_interactive_wr(bfqq, bfqd);
1004                 } else {
1005                         bfqq->wr_coeff = 1;
1006                         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq,
1007                                      "resume state: switching off wr");
1008                 }
1009         }
1010
1011         /* make sure weight will be updated, however we got here */
1012         bfqq->entity.prio_changed = 1;
1013
1014         if (likely(!busy))
1015                 return;
1016
1017         if (old_wr_coeff == 1 && bfqq->wr_coeff > 1)
1018                 bfqd->wr_busy_queues++;
1019         else if (old_wr_coeff > 1 && bfqq->wr_coeff == 1)
1020                 bfqd->wr_busy_queues--;
1021 }
1022
1023 static int bfqq_process_refs(struct bfq_queue *bfqq)
1024 {
1025         return bfqq->ref - bfqq->allocated - bfqq->entity.on_st -
1026                 (bfqq->weight_counter != NULL);
1027 }
1028
1029 /* Empty burst list and add just bfqq (see comments on bfq_handle_burst) */
1030 static void bfq_reset_burst_list(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
1031 {
1032         struct bfq_queue *item;
1033         struct hlist_node *n;
1034
1035         hlist_for_each_entry_safe(item, n, &bfqd->burst_list, burst_list_node)
1036                 hlist_del_init(&item->burst_list_node);
1037         hlist_add_head(&bfqq->burst_list_node, &bfqd->burst_list);
1038         bfqd->burst_size = 1;
1039         bfqd->burst_parent_entity = bfqq->entity.parent;
1040 }
1041
1042 /* Add bfqq to the list of queues in current burst (see bfq_handle_burst) */
1043 static void bfq_add_to_burst(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
1044 {
1045         /* Increment burst size to take into account also bfqq */
1046         bfqd->burst_size++;
1047
1048         if (bfqd->burst_size == bfqd->bfq_large_burst_thresh) {
1049                 struct bfq_queue *pos, *bfqq_item;
1050                 struct hlist_node *n;
1051
1052                 /*
1053                  * Enough queues have been activated shortly after each
1054                  * other to consider this burst as large.
1055                  */
1056                 bfqd->large_burst = true;
1057
1058                 /*
1059                  * We can now mark all queues in the burst list as
1060                  * belonging to a large burst.
1061                  */
1062                 hlist_for_each_entry(bfqq_item, &bfqd->burst_list,
1063                                      burst_list_node)
1064                         bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq_item);
1065                 bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq);
1066
1067                 /*
1068                  * From now on, and until the current burst finishes, any
1069                  * new queue being activated shortly after the last queue
1070                  * was inserted in the burst can be immediately marked as
1071                  * belonging to a large burst. So the burst list is not
1072                  * needed any more. Remove it.
1073                  */
1074                 hlist_for_each_entry_safe(pos, n, &bfqd->burst_list,
1075                                           burst_list_node)
1076                         hlist_del_init(&pos->burst_list_node);
1077         } else /*
1078                 * Burst not yet large: add bfqq to the burst list. Do
1079                 * not increment the ref counter for bfqq, because bfqq
1080                 * is removed from the burst list before freeing bfqq
1081                 * in put_queue.
1082                 */
1083                 hlist_add_head(&bfqq->burst_list_node, &bfqd->burst_list);
1084 }
1085
1086 /*
1087  * If many queues belonging to the same group happen to be created
1088  * shortly after each other, then the processes associated with these
1089  * queues have typically a common goal. In particular, bursts of queue
1090  * creations are usually caused by services or applications that spawn
1091  * many parallel threads/processes. Examples are systemd during boot,
1092  * or git grep. To help these processes get their job done as soon as
1093  * possible, it is usually better to not grant either weight-raising
1094  * or device idling to their queues.
1095  *
1096  * In this comment we describe, firstly, the reasons why this fact
1097  * holds, and, secondly, the next function, which implements the main
1098  * steps needed to properly mark these queues so that they can then be
1099  * treated in a different way.
1100  *
1101  * The above services or applications benefit mostly from a high
1102  * throughput: the quicker the requests of the activated queues are
1103  * cumulatively served, the sooner the target job of these queues gets
1104  * completed. As a consequence, weight-raising any of these queues,
1105  * which also implies idling the device for it, is almost always
1106  * counterproductive. In most cases it just lowers throughput.
1107  *
1108  * On the other hand, a burst of queue creations may be caused also by
1109  * the start of an application that does not consist of a lot of
1110  * parallel I/O-bound threads. In fact, with a complex application,
1111  * several short processes may need to be executed to start-up the
1112  * application. In this respect, to start an application as quickly as
1113  * possible, the best thing to do is in any case to privilege the I/O
1114  * related to the application with respect to all other
1115  * I/O. Therefore, the best strategy to start as quickly as possible
1116  * an application that causes a burst of queue creations is to
1117  * weight-raise all the queues created during the burst. This is the
1118  * exact opposite of the best strategy for the other type of bursts.
1119  *
1120  * In the end, to take the best action for each of the two cases, the
1121  * two types of bursts need to be distinguished. Fortunately, this
1122  * seems relatively easy, by looking at the sizes of the bursts. In
1123  * particular, we found a threshold such that only bursts with a
1124  * larger size than that threshold are apparently caused by
1125  * services or commands such as systemd or git grep. For brevity,
1126  * hereafter we call just 'large' these bursts. BFQ *does not*
1127  * weight-raise queues whose creation occurs in a large burst. In
1128  * addition, for each of these queues BFQ performs or does not perform
1129  * idling depending on which choice boosts the throughput more. The
1130  * exact choice depends on the device and request pattern at
1131  * hand.
1132  *
1133  * Unfortunately, false positives may occur while an interactive task
1134  * is starting (e.g., an application is being started). The
1135  * consequence is that the queues associated with the task do not
1136  * enjoy weight raising as expected. Fortunately these false positives
1137  * are very rare. They typically occur if some service happens to
1138  * start doing I/O exactly when the interactive task starts.
1139  *
1140  * Turning back to the next function, it implements all the steps
1141  * needed to detect the occurrence of a large burst and to properly
1142  * mark all the queues belonging to it (so that they can then be
1143  * treated in a different way). This goal is achieved by maintaining a
1144  * "burst list" that holds, temporarily, the queues that belong to the
1145  * burst in progress. The list is then used to mark these queues as
1146  * belonging to a large burst if the burst does become large. The main
1147  * steps are the following.
1148  *
1149  * . when the very first queue is created, the queue is inserted into the
1150  *   list (as it could be the first queue in a possible burst)
1151  *
1152  * . if the current burst has not yet become large, and a queue Q that does
1153  *   not yet belong to the burst is activated shortly after the last time
1154  *   at which a new queue entered the burst list, then the function appends
1155  *   Q to the burst list
1156  *
1157  * . if, as a consequence of the previous step, the burst size reaches
1158  *   the large-burst threshold, then
1159  *
1160  *     . all the queues in the burst list are marked as belonging to a
1161  *       large burst
1162  *
1163  *     . the burst list is deleted; in fact, the burst list already served
1164  *       its purpose (keeping temporarily track of the queues in a burst,
1165  *       so as to be able to mark them as belonging to a large burst in the
1166  *       previous sub-step), and now is not needed any more
1167  *
1168  *     . the device enters a large-burst mode
1169  *
1170  * . if a queue Q that does not belong to the burst is created while
1171  *   the device is in large-burst mode and shortly after the last time
1172  *   at which a queue either entered the burst list or was marked as
1173  *   belonging to the current large burst, then Q is immediately marked
1174  *   as belonging to a large burst.
1175  *
1176  * . if a queue Q that does not belong to the burst is created a while
1177  *   later, i.e., not shortly after, than the last time at which a queue
1178  *   either entered the burst list or was marked as belonging to the
1179  *   current large burst, then the current burst is deemed as finished and:
1180  *
1181  *        . the large-burst mode is reset if set
1182  *
1183  *        . the burst list is emptied
1184  *
1185  *        . Q is inserted in the burst list, as Q may be the first queue
1186  *          in a possible new burst (then the burst list contains just Q
1187  *          after this step).
1188  */
1189 static void bfq_handle_burst(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
1190 {
1191         /*
1192          * If bfqq is already in the burst list or is part of a large
1193          * burst, or finally has just been split, then there is
1194          * nothing else to do.
1195          */
1196         if (!hlist_unhashed(&bfqq->burst_list_node) ||
1197             bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq) ||
1198             time_is_after_eq_jiffies(bfqq->split_time +
1199                                      msecs_to_jiffies(10)))
1200                 return;
1201
1202         /*
1203          * If bfqq's creation happens late enough, or bfqq belongs to
1204          * a different group than the burst group, then the current
1205          * burst is finished, and related data structures must be
1206          * reset.
1207          *
1208          * In this respect, consider the special case where bfqq is
1209          * the very first queue created after BFQ is selected for this
1210          * device. In this case, last_ins_in_burst and
1211          * burst_parent_entity are not yet significant when we get
1212          * here. But it is easy to verify that, whether or not the
1213          * following condition is true, bfqq will end up being
1214          * inserted into the burst list. In particular the list will
1215          * happen to contain only bfqq. And this is exactly what has
1216          * to happen, as bfqq may be the first queue of the first
1217          * burst.
1218          */
1219         if (time_is_before_jiffies(bfqd->last_ins_in_burst +
1220             bfqd->bfq_burst_interval) ||
1221             bfqq->entity.parent != bfqd->burst_parent_entity) {
1222                 bfqd->large_burst = false;
1223                 bfq_reset_burst_list(bfqd, bfqq);
1224                 goto end;
1225         }
1226
1227         /*
1228          * If we get here, then bfqq is being activated shortly after the
1229          * last queue. So, if the current burst is also large, we can mark
1230          * bfqq as belonging to this large burst immediately.
1231          */
1232         if (bfqd->large_burst) {
1233                 bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq);
1234                 goto end;
1235         }
1236
1237         /*
1238          * If we get here, then a large-burst state has not yet been
1239          * reached, but bfqq is being activated shortly after the last
1240          * queue. Then we add bfqq to the burst.
1241          */
1242         bfq_add_to_burst(bfqd, bfqq);
1243 end:
1244         /*
1245          * At this point, bfqq either has been added to the current
1246          * burst or has caused the current burst to terminate and a
1247          * possible new burst to start. In particular, in the second
1248          * case, bfqq has become the first queue in the possible new
1249          * burst.  In both cases last_ins_in_burst needs to be moved
1250          * forward.
1251          */
1252         bfqd->last_ins_in_burst = jiffies;
1253 }
1254
1255 static int bfq_bfqq_budget_left(struct bfq_queue *bfqq)
1256 {
1257         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
1258
1259         return entity->budget - entity->service;
1260 }
1261
1262 /*
1263  * If enough samples have been computed, return the current max budget
1264  * stored in bfqd, which is dynamically updated according to the
1265  * estimated disk peak rate; otherwise return the default max budget
1266  */
1267 static int bfq_max_budget(struct bfq_data *bfqd)
1268 {
1269         if (bfqd->budgets_assigned < bfq_stats_min_budgets)
1270                 return bfq_default_max_budget;
1271         else
1272                 return bfqd->bfq_max_budget;
1273 }
1274
1275 /*
1276  * Return min budget, which is a fraction of the current or default
1277  * max budget (trying with 1/32)
1278  */
1279 static int bfq_min_budget(struct bfq_data *bfqd)
1280 {
1281         if (bfqd->budgets_assigned < bfq_stats_min_budgets)
1282                 return bfq_default_max_budget / 32;
1283         else
1284                 return bfqd->bfq_max_budget / 32;
1285 }
1286
1287 /*
1288  * The next function, invoked after the input queue bfqq switches from
1289  * idle to busy, updates the budget of bfqq. The function also tells
1290  * whether the in-service queue should be expired, by returning
1291  * true. The purpose of expiring the in-service queue is to give bfqq
1292  * the chance to possibly preempt the in-service queue, and the reason
1293  * for preempting the in-service queue is to achieve one of the two
1294  * goals below.
1295  *
1296  * 1. Guarantee to bfqq its reserved bandwidth even if bfqq has
1297  * expired because it has remained idle. In particular, bfqq may have
1298  * expired for one of the following two reasons:
1299  *
1300  * - BFQQE_NO_MORE_REQUESTS bfqq did not enjoy any device idling
1301  *   and did not make it to issue a new request before its last
1302  *   request was served;
1303  *
1304  * - BFQQE_TOO_IDLE bfqq did enjoy device idling, but did not issue
1305  *   a new request before the expiration of the idling-time.
1306  *
1307  * Even if bfqq has expired for one of the above reasons, the process
1308  * associated with the queue may be however issuing requests greedily,
1309  * and thus be sensitive to the bandwidth it receives (bfqq may have
1310  * remained idle for other reasons: CPU high load, bfqq not enjoying
1311  * idling, I/O throttling somewhere in the path from the process to
1312  * the I/O scheduler, ...). But if, after every expiration for one of
1313  * the above two reasons, bfqq has to wait for the service of at least
1314  * one full budget of another queue before being served again, then
1315  * bfqq is likely to get a much lower bandwidth or resource time than
1316  * its reserved ones. To address this issue, two countermeasures need
1317  * to be taken.
1318  *
1319  * First, the budget and the timestamps of bfqq need to be updated in
1320  * a special way on bfqq reactivation: they need to be updated as if
1321  * bfqq did not remain idle and did not expire. In fact, if they are
1322  * computed as if bfqq expired and remained idle until reactivation,
1323  * then the process associated with bfqq is treated as if, instead of
1324  * being greedy, it stopped issuing requests when bfqq remained idle,
1325  * and restarts issuing requests only on this reactivation. In other
1326  * words, the scheduler does not help the process recover the "service
1327  * hole" between bfqq expiration and reactivation. As a consequence,
1328  * the process receives a lower bandwidth than its reserved one. In
1329  * contrast, to recover this hole, the budget must be updated as if
1330  * bfqq was not expired at all before this reactivation, i.e., it must
1331  * be set to the value of the remaining budget when bfqq was
1332  * expired. Along the same line, timestamps need to be assigned the
1333  * value they had the last time bfqq was selected for service, i.e.,
1334  * before last expiration. Thus timestamps need to be back-shifted
1335  * with respect to their normal computation (see [1] for more details
1336  * on this tricky aspect).
1337  *
1338  * Secondly, to allow the process to recover the hole, the in-service
1339  * queue must be expired too, to give bfqq the chance to preempt it
1340  * immediately. In fact, if bfqq has to wait for a full budget of the
1341  * in-service queue to be completed, then it may become impossible to
1342  * let the process recover the hole, even if the back-shifted
1343  * timestamps of bfqq are lower than those of the in-service queue. If
1344  * this happens for most or all of the holes, then the process may not
1345  * receive its reserved bandwidth. In this respect, it is worth noting
1346  * that, being the service of outstanding requests unpreemptible, a
1347  * little fraction of the holes may however be unrecoverable, thereby
1348  * causing a little loss of bandwidth.
1349  *
1350  * The last important point is detecting whether bfqq does need this
1351  * bandwidth recovery. In this respect, the next function deems the
1352  * process associated with bfqq greedy, and thus allows it to recover
1353  * the hole, if: 1) the process is waiting for the arrival of a new
1354  * request (which implies that bfqq expired for one of the above two
1355  * reasons), and 2) such a request has arrived soon. The first
1356  * condition is controlled through the flag non_blocking_wait_rq,
1357  * while the second through the flag arrived_in_time. If both
1358  * conditions hold, then the function computes the budget in the
1359  * above-described special way, and signals that the in-service queue
1360  * should be expired. Timestamp back-shifting is done later in
1361  * __bfq_activate_entity.
1362  *
1363  * 2. Reduce latency. Even if timestamps are not backshifted to let
1364  * the process associated with bfqq recover a service hole, bfqq may
1365  * however happen to have, after being (re)activated, a lower finish
1366  * timestamp than the in-service queue.  That is, the next budget of
1367  * bfqq may have to be completed before the one of the in-service
1368  * queue. If this is the case, then preempting the in-service queue
1369  * allows this goal to be achieved, apart from the unpreemptible,
1370  * outstanding requests mentioned above.
1371  *
1372  * Unfortunately, regardless of which of the above two goals one wants
1373  * to achieve, service trees need first to be updated to know whether
1374  * the in-service queue must be preempted. To have service trees
1375  * correctly updated, the in-service queue must be expired and
1376  * rescheduled, and bfqq must be scheduled too. This is one of the
1377  * most costly operations (in future versions, the scheduling
1378  * mechanism may be re-designed in such a way to make it possible to
1379  * know whether preemption is needed without needing to update service
1380  * trees). In addition, queue preemptions almost always cause random
1381  * I/O, and thus loss of throughput. Because of these facts, the next
1382  * function adopts the following simple scheme to avoid both costly
1383  * operations and too frequent preemptions: it requests the expiration
1384  * of the in-service queue (unconditionally) only for queues that need
1385  * to recover a hole, or that either are weight-raised or deserve to
1386  * be weight-raised.
1387  */
1388 static bool bfq_bfqq_update_budg_for_activation(struct bfq_data *bfqd,
1389                                                 struct bfq_queue *bfqq,
1390                                                 bool arrived_in_time,
1391                                                 bool wr_or_deserves_wr)
1392 {
1393         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
1394
1395         if (bfq_bfqq_non_blocking_wait_rq(bfqq) && arrived_in_time) {
1396                 /*
1397                  * We do not clear the flag non_blocking_wait_rq here, as
1398                  * the latter is used in bfq_activate_bfqq to signal
1399                  * that timestamps need to be back-shifted (and is
1400                  * cleared right after).
1401                  */
1402
1403                 /*
1404                  * In next assignment we rely on that either
1405                  * entity->service or entity->budget are not updated
1406                  * on expiration if bfqq is empty (see
1407                  * __bfq_bfqq_recalc_budget). Thus both quantities
1408                  * remain unchanged after such an expiration, and the
1409                  * following statement therefore assigns to
1410                  * entity->budget the remaining budget on such an
1411                  * expiration.
1412                  */
1413                 entity->budget = min_t(unsigned long,
1414                                        bfq_bfqq_budget_left(bfqq),
1415                                        bfqq->max_budget);
1416
1417                 /*
1418                  * At this point, we have used entity->service to get
1419                  * the budget left (needed for updating
1420                  * entity->budget). Thus we finally can, and have to,
1421                  * reset entity->service. The latter must be reset
1422                  * because bfqq would otherwise be charged again for
1423                  * the service it has received during its previous
1424                  * service slot(s).
1425                  */
1426                 entity->service = 0;
1427
1428                 return true;
1429         }
1430
1431         /*
1432          * We can finally complete expiration, by setting service to 0.
1433          */
1434         entity->service = 0;
1435         entity->budget = max_t(unsigned long, bfqq->max_budget,
1436                                bfq_serv_to_charge(bfqq->next_rq, bfqq));
1437         bfq_clear_bfqq_non_blocking_wait_rq(bfqq);
1438         return wr_or_deserves_wr;
1439 }
1440
1441 /*
1442  * Return the farthest past time instant according to jiffies
1443  * macros.
1444  */
1445 static unsigned long bfq_smallest_from_now(void)
1446 {
1447         return jiffies - MAX_JIFFY_OFFSET;
1448 }
1449
1450 static void bfq_update_bfqq_wr_on_rq_arrival(struct bfq_data *bfqd,
1451                                              struct bfq_queue *bfqq,
1452                                              unsigned int old_wr_coeff,
1453                                              bool wr_or_deserves_wr,
1454                                              bool interactive,
1455                                              bool in_burst,
1456                                              bool soft_rt)
1457 {
1458         if (old_wr_coeff == 1 && wr_or_deserves_wr) {
1459                 /* start a weight-raising period */
1460                 if (interactive) {
1461                         bfqq->service_from_wr = 0;
1462                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
1463                         bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
1464                 } else {
1465                         /*
1466                          * No interactive weight raising in progress
1467                          * here: assign minus infinity to
1468                          * wr_start_at_switch_to_srt, to make sure
1469                          * that, at the end of the soft-real-time
1470                          * weight raising periods that is starting
1471                          * now, no interactive weight-raising period
1472                          * may be wrongly considered as still in
1473                          * progress (and thus actually started by
1474                          * mistake).
1475                          */
1476                         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt =
1477                                 bfq_smallest_from_now();
1478                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff *
1479                                 BFQ_SOFTRT_WEIGHT_FACTOR;
1480                         bfqq->wr_cur_max_time =
1481                                 bfqd->bfq_wr_rt_max_time;
1482                 }
1483
1484                 /*
1485                  * If needed, further reduce budget to make sure it is
1486                  * close to bfqq's backlog, so as to reduce the
1487                  * scheduling-error component due to a too large
1488                  * budget. Do not care about throughput consequences,
1489                  * but only about latency. Finally, do not assign a
1490                  * too small budget either, to avoid increasing
1491                  * latency by causing too frequent expirations.
1492                  */
1493                 bfqq->entity.budget = min_t(unsigned long,
1494                                             bfqq->entity.budget,
1495                                             2 * bfq_min_budget(bfqd));
1496         } else if (old_wr_coeff > 1) {
1497                 if (interactive) { /* update wr coeff and duration */
1498                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
1499                         bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
1500                 } else if (in_burst)
1501                         bfqq->wr_coeff = 1;
1502                 else if (soft_rt) {
1503                         /*
1504                          * The application is now or still meeting the
1505                          * requirements for being deemed soft rt.  We
1506                          * can then correctly and safely (re)charge
1507                          * the weight-raising duration for the
1508                          * application with the weight-raising
1509                          * duration for soft rt applications.
1510                          *
1511                          * In particular, doing this recharge now, i.e.,
1512                          * before the weight-raising period for the
1513                          * application finishes, reduces the probability
1514                          * of the following negative scenario:
1515                          * 1) the weight of a soft rt application is
1516                          *    raised at startup (as for any newly
1517                          *    created application),
1518                          * 2) since the application is not interactive,
1519                          *    at a certain time weight-raising is
1520                          *    stopped for the application,
1521                          * 3) at that time the application happens to
1522                          *    still have pending requests, and hence
1523                          *    is destined to not have a chance to be
1524                          *    deemed soft rt before these requests are
1525                          *    completed (see the comments to the
1526                          *    function bfq_bfqq_softrt_next_start()
1527                          *    for details on soft rt detection),
1528                          * 4) these pending requests experience a high
1529                          *    latency because the application is not
1530                          *    weight-raised while they are pending.
1531                          */
1532                         if (bfqq->wr_cur_max_time !=
1533                                 bfqd->bfq_wr_rt_max_time) {
1534                                 bfqq->wr_start_at_switch_to_srt =
1535                                         bfqq->last_wr_start_finish;
1536
1537                                 bfqq->wr_cur_max_time =
1538                                         bfqd->bfq_wr_rt_max_time;
1539                                 bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff *
1540                                         BFQ_SOFTRT_WEIGHT_FACTOR;
1541                         }
1542                         bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
1543                 }
1544         }
1545 }
1546
1547 static bool bfq_bfqq_idle_for_long_time(struct bfq_data *bfqd,
1548                                         struct bfq_queue *bfqq)
1549 {
1550         return bfqq->dispatched == 0 &&
1551                 time_is_before_jiffies(
1552                         bfqq->budget_timeout +
1553                         bfqd->bfq_wr_min_idle_time);
1554 }
1555
1556 static void bfq_bfqq_handle_idle_busy_switch(struct bfq_data *bfqd,
1557                                              struct bfq_queue *bfqq,
1558                                              int old_wr_coeff,
1559                                              struct request *rq,
1560                                              bool *interactive)
1561 {
1562         bool soft_rt, in_burst, wr_or_deserves_wr,
1563                 bfqq_wants_to_preempt,
1564                 idle_for_long_time = bfq_bfqq_idle_for_long_time(bfqd, bfqq),
1565                 /*
1566                  * See the comments on
1567                  * bfq_bfqq_update_budg_for_activation for
1568                  * details on the usage of the next variable.
1569                  */
1570                 arrived_in_time =  ktime_get_ns() <=
1571                         bfqq->ttime.last_end_request +
1572                         bfqd->bfq_slice_idle * 3;
1573
1574
1575         /*
1576          * bfqq deserves to be weight-raised if:
1577          * - it is sync,
1578          * - it does not belong to a large burst,
1579          * - it has been idle for enough time or is soft real-time,
1580          * - is linked to a bfq_io_cq (it is not shared in any sense).
1581          */
1582         in_burst = bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq);
1583         soft_rt = bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate > 0 &&
1584                 !in_burst &&
1585                 time_is_before_jiffies(bfqq->soft_rt_next_start) &&
1586                 bfqq->dispatched == 0;
1587         *interactive = !in_burst && idle_for_long_time;
1588         wr_or_deserves_wr = bfqd->low_latency &&
1589                 (bfqq->wr_coeff > 1 ||
1590                  (bfq_bfqq_sync(bfqq) &&
1591                   bfqq->bic && (*interactive || soft_rt)));
1592
1593         /*
1594          * Using the last flag, update budget and check whether bfqq
1595          * may want to preempt the in-service queue.
1596          */
1597         bfqq_wants_to_preempt =
1598                 bfq_bfqq_update_budg_for_activation(bfqd, bfqq,
1599                                                     arrived_in_time,
1600                                                     wr_or_deserves_wr);
1601
1602         /*
1603          * If bfqq happened to be activated in a burst, but has been
1604          * idle for much more than an interactive queue, then we
1605          * assume that, in the overall I/O initiated in the burst, the
1606          * I/O associated with bfqq is finished. So bfqq does not need
1607          * to be treated as a queue belonging to a burst
1608          * anymore. Accordingly, we reset bfqq's in_large_burst flag
1609          * if set, and remove bfqq from the burst list if it's
1610          * there. We do not decrement burst_size, because the fact
1611          * that bfqq does not need to belong to the burst list any
1612          * more does not invalidate the fact that bfqq was created in
1613          * a burst.
1614          */
1615         if (likely(!bfq_bfqq_just_created(bfqq)) &&
1616             idle_for_long_time &&
1617             time_is_before_jiffies(
1618                     bfqq->budget_timeout +
1619                     msecs_to_jiffies(10000))) {
1620                 hlist_del_init(&bfqq->burst_list_node);
1621                 bfq_clear_bfqq_in_large_burst(bfqq);
1622         }
1623
1624         bfq_clear_bfqq_just_created(bfqq);
1625
1626
1627         if (!bfq_bfqq_IO_bound(bfqq)) {
1628                 if (arrived_in_time) {
1629                         bfqq->requests_within_timer++;
1630                         if (bfqq->requests_within_timer >=
1631                             bfqd->bfq_requests_within_timer)
1632                                 bfq_mark_bfqq_IO_bound(bfqq);
1633                 } else
1634                         bfqq->requests_within_timer = 0;
1635         }
1636
1637         if (bfqd->low_latency) {
1638                 if (unlikely(time_is_after_jiffies(bfqq->split_time)))
1639                         /* wraparound */
1640                         bfqq->split_time =
1641                                 jiffies - bfqd->bfq_wr_min_idle_time - 1;
1642
1643                 if (time_is_before_jiffies(bfqq->split_time +
1644                                            bfqd->bfq_wr_min_idle_time)) {
1645                         bfq_update_bfqq_wr_on_rq_arrival(bfqd, bfqq,
1646                                                          old_wr_coeff,
1647                                                          wr_or_deserves_wr,
1648                                                          *interactive,
1649                                                          in_burst,
1650                                                          soft_rt);
1651
1652                         if (old_wr_coeff != bfqq->wr_coeff)
1653                                 bfqq->entity.prio_changed = 1;
1654                 }
1655         }
1656
1657         bfqq->last_idle_bklogged = jiffies;
1658         bfqq->service_from_backlogged = 0;
1659         bfq_clear_bfqq_softrt_update(bfqq);
1660
1661         bfq_add_bfqq_busy(bfqd, bfqq);
1662
1663         /*
1664          * Expire in-service queue only if preemption may be needed
1665          * for guarantees. In this respect, the function
1666          * next_queue_may_preempt just checks a simple, necessary
1667          * condition, and not a sufficient condition based on
1668          * timestamps. In fact, for the latter condition to be
1669          * evaluated, timestamps would need first to be updated, and
1670          * this operation is quite costly (see the comments on the
1671          * function bfq_bfqq_update_budg_for_activation).
1672          */
1673         if (bfqd->in_service_queue && bfqq_wants_to_preempt &&
1674             bfqd->in_service_queue->wr_coeff < bfqq->wr_coeff &&
1675             next_queue_may_preempt(bfqd))
1676                 bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqd->in_service_queue,
1677                                 false, BFQQE_PREEMPTED);
1678 }
1679
1680 static void bfq_add_request(struct request *rq)
1681 {
1682         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
1683         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
1684         struct request *next_rq, *prev;
1685         unsigned int old_wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
1686         bool interactive = false;
1687
1688         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "add_request %d", rq_is_sync(rq));
1689         bfqq->queued[rq_is_sync(rq)]++;
1690         bfqd->queued++;
1691
1692         elv_rb_add(&bfqq->sort_list, rq);
1693
1694         /*
1695          * Check if this request is a better next-serve candidate.
1696          */
1697         prev = bfqq->next_rq;
1698         next_rq = bfq_choose_req(bfqd, bfqq->next_rq, rq, bfqd->last_position);
1699         bfqq->next_rq = next_rq;
1700
1701         /*
1702          * Adjust priority tree position, if next_rq changes.
1703          */
1704         if (prev != bfqq->next_rq)
1705                 bfq_pos_tree_add_move(bfqd, bfqq);
1706
1707         if (!bfq_bfqq_busy(bfqq)) /* switching to busy ... */
1708                 bfq_bfqq_handle_idle_busy_switch(bfqd, bfqq, old_wr_coeff,
1709                                                  rq, &interactive);
1710         else {
1711                 if (bfqd->low_latency && old_wr_coeff == 1 && !rq_is_sync(rq) &&
1712                     time_is_before_jiffies(
1713                                 bfqq->last_wr_start_finish +
1714                                 bfqd->bfq_wr_min_inter_arr_async)) {
1715                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
1716                         bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
1717
1718                         bfqd->wr_busy_queues++;
1719                         bfqq->entity.prio_changed = 1;
1720                 }
1721                 if (prev != bfqq->next_rq)
1722                         bfq_updated_next_req(bfqd, bfqq);
1723         }
1724
1725         /*
1726          * Assign jiffies to last_wr_start_finish in the following
1727          * cases:
1728          *
1729          * . if bfqq is not going to be weight-raised, because, for
1730          *   non weight-raised queues, last_wr_start_finish stores the
1731          *   arrival time of the last request; as of now, this piece
1732          *   of information is used only for deciding whether to
1733          *   weight-raise async queues
1734          *
1735          * . if bfqq is not weight-raised, because, if bfqq is now
1736          *   switching to weight-raised, then last_wr_start_finish
1737          *   stores the time when weight-raising starts
1738          *
1739          * . if bfqq is interactive, because, regardless of whether
1740          *   bfqq is currently weight-raised, the weight-raising
1741          *   period must start or restart (this case is considered
1742          *   separately because it is not detected by the above
1743          *   conditions, if bfqq is already weight-raised)
1744          *
1745          * last_wr_start_finish has to be updated also if bfqq is soft
1746          * real-time, because the weight-raising period is constantly
1747          * restarted on idle-to-busy transitions for these queues, but
1748          * this is already done in bfq_bfqq_handle_idle_busy_switch if
1749          * needed.
1750          */
1751         if (bfqd->low_latency &&
1752                 (old_wr_coeff == 1 || bfqq->wr_coeff == 1 || interactive))
1753                 bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
1754 }
1755
1756 static struct request *bfq_find_rq_fmerge(struct bfq_data *bfqd,
1757                                           struct bio *bio,
1758                                           struct request_queue *q)
1759 {
1760         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->bio_bfqq;
1761
1762
1763         if (bfqq)
1764                 return elv_rb_find(&bfqq->sort_list, bio_end_sector(bio));
1765
1766         return NULL;
1767 }
1768
1769 static sector_t get_sdist(sector_t last_pos, struct request *rq)
1770 {
1771         if (last_pos)
1772                 return abs(blk_rq_pos(rq) - last_pos);
1773
1774         return 0;
1775 }
1776
1777 #if 0 /* Still not clear if we can do without next two functions */
1778 static void bfq_activate_request(struct request_queue *q, struct request *rq)
1779 {
1780         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
1781
1782         bfqd->rq_in_driver++;
1783 }
1784
1785 static void bfq_deactivate_request(struct request_queue *q, struct request *rq)
1786 {
1787         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
1788
1789         bfqd->rq_in_driver--;
1790 }
1791 #endif
1792
1793 static void bfq_remove_request(struct request_queue *q,
1794                                struct request *rq)
1795 {
1796         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
1797         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
1798         const int sync = rq_is_sync(rq);
1799
1800         if (bfqq->next_rq == rq) {
1801                 bfqq->next_rq = bfq_find_next_rq(bfqd, bfqq, rq);
1802                 bfq_updated_next_req(bfqd, bfqq);
1803         }
1804
1805         if (rq->queuelist.prev != &rq->queuelist)
1806                 list_del_init(&rq->queuelist);
1807         bfqq->queued[sync]--;
1808         bfqd->queued--;
1809         elv_rb_del(&bfqq->sort_list, rq);
1810
1811         elv_rqhash_del(q, rq);
1812         if (q->last_merge == rq)
1813                 q->last_merge = NULL;
1814
1815         if (RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list)) {
1816                 bfqq->next_rq = NULL;
1817
1818                 if (bfq_bfqq_busy(bfqq) && bfqq != bfqd->in_service_queue) {
1819                         bfq_del_bfqq_busy(bfqd, bfqq, false);
1820                         /*
1821                          * bfqq emptied. In normal operation, when
1822                          * bfqq is empty, bfqq->entity.service and
1823                          * bfqq->entity.budget must contain,
1824                          * respectively, the service received and the
1825                          * budget used last time bfqq emptied. These
1826                          * facts do not hold in this case, as at least
1827                          * this last removal occurred while bfqq is
1828                          * not in service. To avoid inconsistencies,
1829                          * reset both bfqq->entity.service and
1830                          * bfqq->entity.budget, if bfqq has still a
1831                          * process that may issue I/O requests to it.
1832                          */
1833                         bfqq->entity.budget = bfqq->entity.service = 0;
1834                 }
1835
1836                 /*
1837                  * Remove queue from request-position tree as it is empty.
1838                  */
1839                 if (bfqq->pos_root) {
1840                         rb_erase(&bfqq->pos_node, bfqq->pos_root);
1841                         bfqq->pos_root = NULL;
1842                 }
1843         } else {
1844                 bfq_pos_tree_add_move(bfqd, bfqq);
1845         }
1846
1847         if (rq->cmd_flags & REQ_META)
1848                 bfqq->meta_pending--;
1849
1850 }
1851
1852 static bool bfq_bio_merge(struct blk_mq_hw_ctx *hctx, struct bio *bio)
1853 {
1854         struct request_queue *q = hctx->queue;
1855         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
1856         struct request *free = NULL;
1857         /*
1858          * bfq_bic_lookup grabs the queue_lock: invoke it now and
1859          * store its return value for later use, to avoid nesting
1860          * queue_lock inside the bfqd->lock. We assume that the bic
1861          * returned by bfq_bic_lookup does not go away before
1862          * bfqd->lock is taken.
1863          */
1864         struct bfq_io_cq *bic = bfq_bic_lookup(bfqd, current->io_context, q);
1865         bool ret;
1866
1867         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
1868
1869         if (bic)
1870                 bfqd->bio_bfqq = bic_to_bfqq(bic, op_is_sync(bio->bi_opf));
1871         else
1872                 bfqd->bio_bfqq = NULL;
1873         bfqd->bio_bic = bic;
1874
1875         ret = blk_mq_sched_try_merge(q, bio, &free);
1876
1877         if (free)
1878                 blk_mq_free_request(free);
1879         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
1880
1881         return ret;
1882 }
1883
1884 static int bfq_request_merge(struct request_queue *q, struct request **req,
1885                              struct bio *bio)
1886 {
1887         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
1888         struct request *__rq;
1889
1890         __rq = bfq_find_rq_fmerge(bfqd, bio, q);
1891         if (__rq && elv_bio_merge_ok(__rq, bio)) {
1892                 *req = __rq;
1893                 return ELEVATOR_FRONT_MERGE;
1894         }
1895
1896         return ELEVATOR_NO_MERGE;
1897 }
1898
1899 static struct bfq_queue *bfq_init_rq(struct request *rq);
1900
1901 static void bfq_request_merged(struct request_queue *q, struct request *req,
1902                                enum elv_merge type)
1903 {
1904         if (type == ELEVATOR_FRONT_MERGE &&
1905             rb_prev(&req->rb_node) &&
1906             blk_rq_pos(req) <
1907             blk_rq_pos(container_of(rb_prev(&req->rb_node),
1908                                     struct request, rb_node))) {
1909                 struct bfq_queue *bfqq = bfq_init_rq(req);
1910                 struct bfq_data *bfqd;
1911                 struct request *prev, *next_rq;
1912
1913                 if (!bfqq)
1914                         return;
1915
1916                 bfqd = bfqq->bfqd;
1917
1918                 /* Reposition request in its sort_list */
1919                 elv_rb_del(&bfqq->sort_list, req);
1920                 elv_rb_add(&bfqq->sort_list, req);
1921
1922                 /* Choose next request to be served for bfqq */
1923                 prev = bfqq->next_rq;
1924                 next_rq = bfq_choose_req(bfqd, bfqq->next_rq, req,
1925                                          bfqd->last_position);
1926                 bfqq->next_rq = next_rq;
1927                 /*
1928                  * If next_rq changes, update both the queue's budget to
1929                  * fit the new request and the queue's position in its
1930                  * rq_pos_tree.
1931                  */
1932                 if (prev != bfqq->next_rq) {
1933                         bfq_updated_next_req(bfqd, bfqq);
1934                         bfq_pos_tree_add_move(bfqd, bfqq);
1935                 }
1936         }
1937 }
1938
1939 /*
1940  * This function is called to notify the scheduler that the requests
1941  * rq and 'next' have been merged, with 'next' going away.  BFQ
1942  * exploits this hook to address the following issue: if 'next' has a
1943  * fifo_time lower that rq, then the fifo_time of rq must be set to
1944  * the value of 'next', to not forget the greater age of 'next'.
1945  *
1946  * NOTE: in this function we assume that rq is in a bfq_queue, basing
1947  * on that rq is picked from the hash table q->elevator->hash, which,
1948  * in its turn, is filled only with I/O requests present in
1949  * bfq_queues, while BFQ is in use for the request queue q. In fact,
1950  * the function that fills this hash table (elv_rqhash_add) is called
1951  * only by bfq_insert_request.
1952  */
1953 static void bfq_requests_merged(struct request_queue *q, struct request *rq,
1954                                 struct request *next)
1955 {
1956         struct bfq_queue *bfqq = bfq_init_rq(rq),
1957                 *next_bfqq = bfq_init_rq(next);
1958
1959         if (!bfqq)
1960                 return;
1961
1962         /*
1963          * If next and rq belong to the same bfq_queue and next is older
1964          * than rq, then reposition rq in the fifo (by substituting next
1965          * with rq). Otherwise, if next and rq belong to different
1966          * bfq_queues, never reposition rq: in fact, we would have to
1967          * reposition it with respect to next's position in its own fifo,
1968          * which would most certainly be too expensive with respect to
1969          * the benefits.
1970          */
1971         if (bfqq == next_bfqq &&
1972             !list_empty(&rq->queuelist) && !list_empty(&next->queuelist) &&
1973             next->fifo_time < rq->fifo_time) {
1974                 list_del_init(&rq->queuelist);
1975                 list_replace_init(&next->queuelist, &rq->queuelist);
1976                 rq->fifo_time = next->fifo_time;
1977         }
1978
1979         if (bfqq->next_rq == next)
1980                 bfqq->next_rq = rq;
1981
1982         bfqg_stats_update_io_merged(bfqq_group(bfqq), next->cmd_flags);
1983 }
1984
1985 /* Must be called with bfqq != NULL */
1986 static void bfq_bfqq_end_wr(struct bfq_queue *bfqq)
1987 {
1988         if (bfq_bfqq_busy(bfqq))
1989                 bfqq->bfqd->wr_busy_queues--;
1990         bfqq->wr_coeff = 1;
1991         bfqq->wr_cur_max_time = 0;
1992         bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
1993         /*
1994          * Trigger a weight change on the next invocation of
1995          * __bfq_entity_update_weight_prio.
1996          */
1997         bfqq->entity.prio_changed = 1;
1998 }
1999
2000 void bfq_end_wr_async_queues(struct bfq_data *bfqd,
2001                              struct bfq_group *bfqg)
2002 {
2003         int i, j;
2004
2005         for (i = 0; i < 2; i++)
2006                 for (j = 0; j < IOPRIO_BE_NR; j++)
2007                         if (bfqg->async_bfqq[i][j])
2008                                 bfq_bfqq_end_wr(bfqg->async_bfqq[i][j]);
2009         if (bfqg->async_idle_bfqq)
2010                 bfq_bfqq_end_wr(bfqg->async_idle_bfqq);
2011 }
2012
2013 static void bfq_end_wr(struct bfq_data *bfqd)
2014 {
2015         struct bfq_queue *bfqq;
2016
2017         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
2018
2019         list_for_each_entry(bfqq, &bfqd->active_list, bfqq_list)
2020                 bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
2021         list_for_each_entry(bfqq, &bfqd->idle_list, bfqq_list)
2022                 bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
2023         bfq_end_wr_async(bfqd);
2024
2025         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
2026 }
2027
2028 static sector_t bfq_io_struct_pos(void *io_struct, bool request)
2029 {
2030         if (request)
2031                 return blk_rq_pos(io_struct);
2032         else
2033                 return ((struct bio *)io_struct)->bi_iter.bi_sector;
2034 }
2035
2036 static int bfq_rq_close_to_sector(void *io_struct, bool request,
2037                                   sector_t sector)
2038 {
2039         return abs(bfq_io_struct_pos(io_struct, request) - sector) <=
2040                BFQQ_CLOSE_THR;
2041 }
2042
2043 static struct bfq_queue *bfqq_find_close(struct bfq_data *bfqd,
2044                                          struct bfq_queue *bfqq,
2045                                          sector_t sector)
2046 {
2047         struct rb_root *root = &bfq_bfqq_to_bfqg(bfqq)->rq_pos_tree;
2048         struct rb_node *parent, *node;
2049         struct bfq_queue *__bfqq;
2050
2051         if (RB_EMPTY_ROOT(root))
2052                 return NULL;
2053
2054         /*
2055          * First, if we find a request starting at the end of the last
2056          * request, choose it.
2057          */
2058         __bfqq = bfq_rq_pos_tree_lookup(bfqd, root, sector, &parent, NULL);
2059         if (__bfqq)
2060                 return __bfqq;
2061
2062         /*
2063          * If the exact sector wasn't found, the parent of the NULL leaf
2064          * will contain the closest sector (rq_pos_tree sorted by
2065          * next_request position).
2066          */
2067         __bfqq = rb_entry(parent, struct bfq_queue, pos_node);
2068         if (bfq_rq_close_to_sector(__bfqq->next_rq, true, sector))
2069                 return __bfqq;
2070
2071         if (blk_rq_pos(__bfqq->next_rq) < sector)
2072                 node = rb_next(&__bfqq->pos_node);
2073         else
2074                 node = rb_prev(&__bfqq->pos_node);
2075         if (!node)
2076                 return NULL;
2077
2078         __bfqq = rb_entry(node, struct bfq_queue, pos_node);
2079         if (bfq_rq_close_to_sector(__bfqq->next_rq, true, sector))
2080                 return __bfqq;
2081
2082         return NULL;
2083 }
2084
2085 static struct bfq_queue *bfq_find_close_cooperator(struct bfq_data *bfqd,
2086                                                    struct bfq_queue *cur_bfqq,
2087                                                    sector_t sector)
2088 {
2089         struct bfq_queue *bfqq;
2090
2091         /*
2092          * We shall notice if some of the queues are cooperating,
2093          * e.g., working closely on the same area of the device. In
2094          * that case, we can group them together and: 1) don't waste
2095          * time idling, and 2) serve the union of their requests in
2096          * the best possible order for throughput.
2097          */
2098         bfqq = bfqq_find_close(bfqd, cur_bfqq, sector);
2099         if (!bfqq || bfqq == cur_bfqq)
2100                 return NULL;
2101
2102         return bfqq;
2103 }
2104
2105 static struct bfq_queue *
2106 bfq_setup_merge(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_queue *new_bfqq)
2107 {
2108         int process_refs, new_process_refs;
2109         struct bfq_queue *__bfqq;
2110
2111         /*
2112          * If there are no process references on the new_bfqq, then it is
2113          * unsafe to follow the ->new_bfqq chain as other bfqq's in the chain
2114          * may have dropped their last reference (not just their last process
2115          * reference).
2116          */
2117         if (!bfqq_process_refs(new_bfqq))
2118                 return NULL;
2119
2120         /* Avoid a circular list and skip interim queue merges. */
2121         while ((__bfqq = new_bfqq->new_bfqq)) {
2122                 if (__bfqq == bfqq)
2123                         return NULL;
2124                 new_bfqq = __bfqq;
2125         }
2126
2127         process_refs = bfqq_process_refs(bfqq);
2128         new_process_refs = bfqq_process_refs(new_bfqq);
2129         /*
2130          * If the process for the bfqq has gone away, there is no
2131          * sense in merging the queues.
2132          */
2133         if (process_refs == 0 || new_process_refs == 0)
2134                 return NULL;
2135
2136         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "scheduling merge with queue %d",
2137                 new_bfqq->pid);
2138
2139         /*
2140          * Merging is just a redirection: the requests of the process
2141          * owning one of the two queues are redirected to the other queue.
2142          * The latter queue, in its turn, is set as shared if this is the
2143          * first time that the requests of some process are redirected to
2144          * it.
2145          *
2146          * We redirect bfqq to new_bfqq and not the opposite, because
2147          * we are in the context of the process owning bfqq, thus we
2148          * have the io_cq of this process. So we can immediately
2149          * configure this io_cq to redirect the requests of the
2150          * process to new_bfqq. In contrast, the io_cq of new_bfqq is
2151          * not available any more (new_bfqq->bic == NULL).
2152          *
2153          * Anyway, even in case new_bfqq coincides with the in-service
2154          * queue, redirecting requests the in-service queue is the
2155          * best option, as we feed the in-service queue with new
2156          * requests close to the last request served and, by doing so,
2157          * are likely to increase the throughput.
2158          */
2159         bfqq->new_bfqq = new_bfqq;
2160         /*
2161          * The above assignment schedules the following redirections:
2162          * each time some I/O for bfqq arrives, the process that
2163          * generated that I/O is disassociated from bfqq and
2164          * associated with new_bfqq. Here we increases new_bfqq->ref
2165          * in advance, adding the number of processes that are
2166          * expected to be associated with new_bfqq as they happen to
2167          * issue I/O.
2168          */
2169         new_bfqq->ref += process_refs;
2170         return new_bfqq;
2171 }
2172
2173 static bool bfq_may_be_close_cooperator(struct bfq_queue *bfqq,
2174                                         struct bfq_queue *new_bfqq)
2175 {
2176         if (bfq_too_late_for_merging(new_bfqq))
2177                 return false;
2178
2179         if (bfq_class_idle(bfqq) || bfq_class_idle(new_bfqq) ||
2180             (bfqq->ioprio_class != new_bfqq->ioprio_class))
2181                 return false;
2182
2183         /*
2184          * If either of the queues has already been detected as seeky,
2185          * then merging it with the other queue is unlikely to lead to
2186          * sequential I/O.
2187          */
2188         if (BFQQ_SEEKY(bfqq) || BFQQ_SEEKY(new_bfqq))
2189                 return false;
2190
2191         /*
2192          * Interleaved I/O is known to be done by (some) applications
2193          * only for reads, so it does not make sense to merge async
2194          * queues.
2195          */
2196         if (!bfq_bfqq_sync(bfqq) || !bfq_bfqq_sync(new_bfqq))
2197                 return false;
2198
2199         return true;
2200 }
2201
2202 /*
2203  * Attempt to schedule a merge of bfqq with the currently in-service
2204  * queue or with a close queue among the scheduled queues.  Return
2205  * NULL if no merge was scheduled, a pointer to the shared bfq_queue
2206  * structure otherwise.
2207  *
2208  * The OOM queue is not allowed to participate to cooperation: in fact, since
2209  * the requests temporarily redirected to the OOM queue could be redirected
2210  * again to dedicated queues at any time, the state needed to correctly
2211  * handle merging with the OOM queue would be quite complex and expensive
2212  * to maintain. Besides, in such a critical condition as an out of memory,
2213  * the benefits of queue merging may be little relevant, or even negligible.
2214  *
2215  * WARNING: queue merging may impair fairness among non-weight raised
2216  * queues, for at least two reasons: 1) the original weight of a
2217  * merged queue may change during the merged state, 2) even being the
2218  * weight the same, a merged queue may be bloated with many more
2219  * requests than the ones produced by its originally-associated
2220  * process.
2221  */
2222 static struct bfq_queue *
2223 bfq_setup_cooperator(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
2224                      void *io_struct, bool request)
2225 {
2226         struct bfq_queue *in_service_bfqq, *new_bfqq;
2227
2228         /* if a merge has already been setup, then proceed with that first */
2229         if (bfqq->new_bfqq)
2230                 return bfqq->new_bfqq;
2231
2232         /*
2233          * Prevent bfqq from being merged if it has been created too
2234          * long ago. The idea is that true cooperating processes, and
2235          * thus their associated bfq_queues, are supposed to be
2236          * created shortly after each other. This is the case, e.g.,
2237          * for KVM/QEMU and dump I/O threads. Basing on this
2238          * assumption, the following filtering greatly reduces the
2239          * probability that two non-cooperating processes, which just
2240          * happen to do close I/O for some short time interval, have
2241          * their queues merged by mistake.
2242          */
2243         if (bfq_too_late_for_merging(bfqq))
2244                 return NULL;
2245
2246         if (!io_struct || unlikely(bfqq == &bfqd->oom_bfqq))
2247                 return NULL;
2248
2249         /* If there is only one backlogged queue, don't search. */
2250         if (bfqd->busy_queues == 1)
2251                 return NULL;
2252
2253         in_service_bfqq = bfqd->in_service_queue;
2254
2255         if (in_service_bfqq && in_service_bfqq != bfqq &&
2256             likely(in_service_bfqq != &bfqd->oom_bfqq) &&
2257             bfq_rq_close_to_sector(io_struct, request,
2258                                    bfqd->in_serv_last_pos) &&
2259             bfqq->entity.parent == in_service_bfqq->entity.parent &&
2260             bfq_may_be_close_cooperator(bfqq, in_service_bfqq)) {
2261                 new_bfqq = bfq_setup_merge(bfqq, in_service_bfqq);
2262                 if (new_bfqq)
2263                         return new_bfqq;
2264         }
2265         /*
2266          * Check whether there is a cooperator among currently scheduled
2267          * queues. The only thing we need is that the bio/request is not
2268          * NULL, as we need it to establish whether a cooperator exists.
2269          */
2270         new_bfqq = bfq_find_close_cooperator(bfqd, bfqq,
2271                         bfq_io_struct_pos(io_struct, request));
2272
2273         if (new_bfqq && likely(new_bfqq != &bfqd->oom_bfqq) &&
2274             bfq_may_be_close_cooperator(bfqq, new_bfqq))
2275                 return bfq_setup_merge(bfqq, new_bfqq);
2276
2277         return NULL;
2278 }
2279
2280 static void bfq_bfqq_save_state(struct bfq_queue *bfqq)
2281 {
2282         struct bfq_io_cq *bic = bfqq->bic;
2283
2284         /*
2285          * If !bfqq->bic, the queue is already shared or its requests
2286          * have already been redirected to a shared queue; both idle window
2287          * and weight raising state have already been saved. Do nothing.
2288          */
2289         if (!bic)
2290                 return;
2291
2292         bic->saved_ttime = bfqq->ttime;
2293         bic->saved_has_short_ttime = bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
2294         bic->saved_IO_bound = bfq_bfqq_IO_bound(bfqq);
2295         bic->saved_in_large_burst = bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq);
2296         bic->was_in_burst_list = !hlist_unhashed(&bfqq->burst_list_node);
2297         if (unlikely(bfq_bfqq_just_created(bfqq) &&
2298                      !bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq) &&
2299                      bfqq->bfqd->low_latency)) {
2300                 /*
2301                  * bfqq being merged right after being created: bfqq
2302                  * would have deserved interactive weight raising, but
2303                  * did not make it to be set in a weight-raised state,
2304                  * because of this early merge. Store directly the
2305                  * weight-raising state that would have been assigned
2306                  * to bfqq, so that to avoid that bfqq unjustly fails
2307                  * to enjoy weight raising if split soon.
2308                  */
2309                 bic->saved_wr_coeff = bfqq->bfqd->bfq_wr_coeff;
2310                 bic->saved_wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqq->bfqd);
2311                 bic->saved_last_wr_start_finish = jiffies;
2312         } else {
2313                 bic->saved_wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
2314                 bic->saved_wr_start_at_switch_to_srt =
2315                         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt;
2316                 bic->saved_last_wr_start_finish = bfqq->last_wr_start_finish;
2317                 bic->saved_wr_cur_max_time = bfqq->wr_cur_max_time;
2318         }
2319 }
2320
2321 static void
2322 bfq_merge_bfqqs(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_io_cq *bic,
2323                 struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_queue *new_bfqq)
2324 {
2325         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "merging with queue %lu",
2326                 (unsigned long)new_bfqq->pid);
2327         /* Save weight raising and idle window of the merged queues */
2328         bfq_bfqq_save_state(bfqq);
2329         bfq_bfqq_save_state(new_bfqq);
2330         if (bfq_bfqq_IO_bound(bfqq))
2331                 bfq_mark_bfqq_IO_bound(new_bfqq);
2332         bfq_clear_bfqq_IO_bound(bfqq);
2333
2334         /*
2335          * If bfqq is weight-raised, then let new_bfqq inherit
2336          * weight-raising. To reduce false positives, neglect the case
2337          * where bfqq has just been created, but has not yet made it
2338          * to be weight-raised (which may happen because EQM may merge
2339          * bfqq even before bfq_add_request is executed for the first
2340          * time for bfqq). Handling this case would however be very
2341          * easy, thanks to the flag just_created.
2342          */
2343         if (new_bfqq->wr_coeff == 1 && bfqq->wr_coeff > 1) {
2344                 new_bfqq->wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
2345                 new_bfqq->wr_cur_max_time = bfqq->wr_cur_max_time;
2346                 new_bfqq->last_wr_start_finish = bfqq->last_wr_start_finish;
2347                 new_bfqq->wr_start_at_switch_to_srt =
2348                         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt;
2349                 if (bfq_bfqq_busy(new_bfqq))
2350                         bfqd->wr_busy_queues++;
2351                 new_bfqq->entity.prio_changed = 1;
2352         }
2353
2354         if (bfqq->wr_coeff > 1) { /* bfqq has given its wr to new_bfqq */
2355                 bfqq->wr_coeff = 1;
2356                 bfqq->entity.prio_changed = 1;
2357                 if (bfq_bfqq_busy(bfqq))
2358                         bfqd->wr_busy_queues--;
2359         }
2360
2361         bfq_log_bfqq(bfqd, new_bfqq, "merge_bfqqs: wr_busy %d",
2362                      bfqd->wr_busy_queues);
2363
2364         /*
2365          * Merge queues (that is, let bic redirect its requests to new_bfqq)
2366          */
2367         bic_set_bfqq(bic, new_bfqq, 1);
2368         bfq_mark_bfqq_coop(new_bfqq);
2369         /*
2370          * new_bfqq now belongs to at least two bics (it is a shared queue):
2371          * set new_bfqq->bic to NULL. bfqq either:
2372          * - does not belong to any bic any more, and hence bfqq->bic must
2373          *   be set to NULL, or
2374          * - is a queue whose owning bics have already been redirected to a
2375          *   different queue, hence the queue is destined to not belong to
2376          *   any bic soon and bfqq->bic is already NULL (therefore the next
2377          *   assignment causes no harm).
2378          */
2379         new_bfqq->bic = NULL;
2380         bfqq->bic = NULL;
2381         /* release process reference to bfqq */
2382         bfq_put_queue(bfqq);
2383 }
2384
2385 static bool bfq_allow_bio_merge(struct request_queue *q, struct request *rq,
2386                                 struct bio *bio)
2387 {
2388         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
2389         bool is_sync = op_is_sync(bio->bi_opf);
2390         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->bio_bfqq, *new_bfqq;
2391
2392         /*
2393          * Disallow merge of a sync bio into an async request.
2394          */
2395         if (is_sync && !rq_is_sync(rq))
2396                 return false;
2397
2398         /*
2399          * Lookup the bfqq that this bio will be queued with. Allow
2400          * merge only if rq is queued there.
2401          */
2402         if (!bfqq)
2403                 return false;
2404
2405         /*
2406          * We take advantage of this function to perform an early merge
2407          * of the queues of possible cooperating processes.
2408          */
2409         new_bfqq = bfq_setup_cooperator(bfqd, bfqq, bio, false);
2410         if (new_bfqq) {
2411                 /*
2412                  * bic still points to bfqq, then it has not yet been
2413                  * redirected to some other bfq_queue, and a queue
2414                  * merge beween bfqq and new_bfqq can be safely
2415                  * fulfillled, i.e., bic can be redirected to new_bfqq
2416                  * and bfqq can be put.
2417                  */
2418                 bfq_merge_bfqqs(bfqd, bfqd->bio_bic, bfqq,
2419                                 new_bfqq);
2420                 /*
2421                  * If we get here, bio will be queued into new_queue,
2422                  * so use new_bfqq to decide whether bio and rq can be
2423                  * merged.
2424                  */
2425                 bfqq = new_bfqq;
2426
2427                 /*
2428                  * Change also bqfd->bio_bfqq, as
2429                  * bfqd->bio_bic now points to new_bfqq, and
2430                  * this function may be invoked again (and then may
2431                  * use again bqfd->bio_bfqq).
2432                  */
2433                 bfqd->bio_bfqq = bfqq;
2434         }
2435
2436         return bfqq == RQ_BFQQ(rq);
2437 }
2438
2439 /*
2440  * Set the maximum time for the in-service queue to consume its
2441  * budget. This prevents seeky processes from lowering the throughput.
2442  * In practice, a time-slice service scheme is used with seeky
2443  * processes.
2444  */
2445 static void bfq_set_budget_timeout(struct bfq_data *bfqd,
2446                                    struct bfq_queue *bfqq)
2447 {
2448         unsigned int timeout_coeff;
2449
2450         if (bfqq->wr_cur_max_time == bfqd->bfq_wr_rt_max_time)
2451                 timeout_coeff = 1;
2452         else
2453                 timeout_coeff = bfqq->entity.weight / bfqq->entity.orig_weight;
2454
2455         bfqd->last_budget_start = ktime_get();
2456
2457         bfqq->budget_timeout = jiffies +
2458                 bfqd->bfq_timeout * timeout_coeff;
2459 }
2460
2461 static void __bfq_set_in_service_queue(struct bfq_data *bfqd,
2462                                        struct bfq_queue *bfqq)
2463 {
2464         if (bfqq) {
2465                 bfq_clear_bfqq_fifo_expire(bfqq);
2466
2467                 bfqd->budgets_assigned = (bfqd->budgets_assigned * 7 + 256) / 8;
2468
2469                 if (time_is_before_jiffies(bfqq->last_wr_start_finish) &&
2470                     bfqq->wr_coeff > 1 &&
2471                     bfqq->wr_cur_max_time == bfqd->bfq_wr_rt_max_time &&
2472                     time_is_before_jiffies(bfqq->budget_timeout)) {
2473                         /*
2474                          * For soft real-time queues, move the start
2475                          * of the weight-raising period forward by the
2476                          * time the queue has not received any
2477                          * service. Otherwise, a relatively long
2478                          * service delay is likely to cause the
2479                          * weight-raising period of the queue to end,
2480                          * because of the short duration of the
2481                          * weight-raising period of a soft real-time
2482                          * queue.  It is worth noting that this move
2483                          * is not so dangerous for the other queues,
2484                          * because soft real-time queues are not
2485                          * greedy.
2486                          *
2487                          * To not add a further variable, we use the
2488                          * overloaded field budget_timeout to
2489                          * determine for how long the queue has not
2490                          * received service, i.e., how much time has
2491                          * elapsed since the queue expired. However,
2492                          * this is a little imprecise, because
2493                          * budget_timeout is set to jiffies if bfqq
2494                          * not only expires, but also remains with no
2495                          * request.
2496                          */
2497                         if (time_after(bfqq->budget_timeout,
2498                                        bfqq->last_wr_start_finish))
2499                                 bfqq->last_wr_start_finish +=
2500                                         jiffies - bfqq->budget_timeout;
2501                         else
2502                                 bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
2503                 }
2504
2505                 bfq_set_budget_timeout(bfqd, bfqq);
2506                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq,
2507                              "set_in_service_queue, cur-budget = %d",
2508                              bfqq->entity.budget);
2509         }
2510
2511         bfqd->in_service_queue = bfqq;
2512         bfqd->in_serv_last_pos = 0;
2513 }
2514
2515 /*
2516  * Get and set a new queue for service.
2517  */
2518 static struct bfq_queue *bfq_set_in_service_queue(struct bfq_data *bfqd)
2519 {
2520         struct bfq_queue *bfqq = bfq_get_next_queue(bfqd);
2521
2522         __bfq_set_in_service_queue(bfqd, bfqq);
2523         return bfqq;
2524 }
2525
2526 static void bfq_arm_slice_timer(struct bfq_data *bfqd)
2527 {
2528         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->in_service_queue;
2529         u32 sl;
2530
2531         bfq_mark_bfqq_wait_request(bfqq);
2532
2533         /*
2534          * We don't want to idle for seeks, but we do want to allow
2535          * fair distribution of slice time for a process doing back-to-back
2536          * seeks. So allow a little bit of time for him to submit a new rq.
2537          */
2538         sl = bfqd->bfq_slice_idle;
2539         /*
2540          * Unless the queue is being weight-raised or the scenario is
2541          * asymmetric, grant only minimum idle time if the queue
2542          * is seeky. A long idling is preserved for a weight-raised
2543          * queue, or, more in general, in an asymmetric scenario,
2544          * because a long idling is needed for guaranteeing to a queue
2545          * its reserved share of the throughput (in particular, it is
2546          * needed if the queue has a higher weight than some other
2547          * queue).
2548          */
2549         if (BFQQ_SEEKY(bfqq) && bfqq->wr_coeff == 1 &&
2550             bfq_symmetric_scenario(bfqd))
2551                 sl = min_t(u64, sl, BFQ_MIN_TT);
2552         else if (bfqq->wr_coeff > 1)
2553                 sl = max_t(u32, sl, 20ULL * NSEC_PER_MSEC);
2554
2555         bfqd->last_idling_start = ktime_get();
2556         hrtimer_start(&bfqd->idle_slice_timer, ns_to_ktime(sl),
2557                       HRTIMER_MODE_REL);
2558         bfqg_stats_set_start_idle_time(bfqq_group(bfqq));
2559 }
2560
2561 /*
2562  * In autotuning mode, max_budget is dynamically recomputed as the
2563  * amount of sectors transferred in timeout at the estimated peak
2564  * rate. This enables BFQ to utilize a full timeslice with a full
2565  * budget, even if the in-service queue is served at peak rate. And
2566  * this maximises throughput with sequential workloads.
2567  */
2568 static unsigned long bfq_calc_max_budget(struct bfq_data *bfqd)
2569 {
2570         return (u64)bfqd->peak_rate * USEC_PER_MSEC *
2571                 jiffies_to_msecs(bfqd->bfq_timeout)>>BFQ_RATE_SHIFT;
2572 }
2573
2574 /*
2575  * Update parameters related to throughput and responsiveness, as a
2576  * function of the estimated peak rate. See comments on
2577  * bfq_calc_max_budget(), and on the ref_wr_duration array.
2578  */
2579 static void update_thr_responsiveness_params(struct bfq_data *bfqd)
2580 {
2581         if (bfqd->bfq_user_max_budget == 0) {
2582                 bfqd->bfq_max_budget =
2583                         bfq_calc_max_budget(bfqd);
2584                 bfq_log(bfqd, "new max_budget = %d", bfqd->bfq_max_budget);
2585         }
2586 }
2587
2588 static void bfq_reset_rate_computation(struct bfq_data *bfqd,
2589                                        struct request *rq)
2590 {
2591         if (rq != NULL) { /* new rq dispatch now, reset accordingly */
2592                 bfqd->last_dispatch = bfqd->first_dispatch = ktime_get_ns();
2593                 bfqd->peak_rate_samples = 1;
2594                 bfqd->sequential_samples = 0;
2595                 bfqd->tot_sectors_dispatched = bfqd->last_rq_max_size =
2596                         blk_rq_sectors(rq);
2597         } else /* no new rq dispatched, just reset the number of samples */
2598                 bfqd->peak_rate_samples = 0; /* full re-init on next disp. */
2599
2600         bfq_log(bfqd,
2601                 "reset_rate_computation at end, sample %u/%u tot_sects %llu",
2602                 bfqd->peak_rate_samples, bfqd->sequential_samples,
2603                 bfqd->tot_sectors_dispatched);
2604 }
2605
2606 static void bfq_update_rate_reset(struct bfq_data *bfqd, struct request *rq)
2607 {
2608         u32 rate, weight, divisor;
2609
2610         /*
2611          * For the convergence property to hold (see comments on
2612          * bfq_update_peak_rate()) and for the assessment to be
2613          * reliable, a minimum number of samples must be present, and
2614          * a minimum amount of time must have elapsed. If not so, do
2615          * not compute new rate. Just reset parameters, to get ready
2616          * for a new evaluation attempt.
2617          */
2618         if (bfqd->peak_rate_samples < BFQ_RATE_MIN_SAMPLES ||
2619             bfqd->delta_from_first < BFQ_RATE_MIN_INTERVAL)
2620                 goto reset_computation;
2621
2622         /*
2623          * If a new request completion has occurred after last
2624          * dispatch, then, to approximate the rate at which requests
2625          * have been served by the device, it is more precise to
2626          * extend the observation interval to the last completion.
2627          */
2628         bfqd->delta_from_first =
2629                 max_t(u64, bfqd->delta_from_first,
2630                       bfqd->last_completion - bfqd->first_dispatch);
2631
2632         /*
2633          * Rate computed in sects/usec, and not sects/nsec, for
2634          * precision issues.
2635          */
2636         rate = div64_ul(bfqd->tot_sectors_dispatched<<BFQ_RATE_SHIFT,
2637                         div_u64(bfqd->delta_from_first, NSEC_PER_USEC));
2638
2639         /*
2640          * Peak rate not updated if:
2641          * - the percentage of sequential dispatches is below 3/4 of the
2642          *   total, and rate is below the current estimated peak rate
2643          * - rate is unreasonably high (> 20M sectors/sec)
2644          */
2645         if ((bfqd->sequential_samples < (3 * bfqd->peak_rate_samples)>>2 &&
2646              rate <= bfqd->peak_rate) ||
2647                 rate > 20<<BFQ_RATE_SHIFT)
2648                 goto reset_computation;
2649
2650         /*
2651          * We have to update the peak rate, at last! To this purpose,
2652          * we use a low-pass filter. We compute the smoothing constant
2653          * of the filter as a function of the 'weight' of the new
2654          * measured rate.
2655          *
2656          * As can be seen in next formulas, we define this weight as a
2657          * quantity proportional to how sequential the workload is,
2658          * and to how long the observation time interval is.
2659          *
2660          * The weight runs from 0 to 8. The maximum value of the
2661          * weight, 8, yields the minimum value for the smoothing
2662          * constant. At this minimum value for the smoothing constant,
2663          * the measured rate contributes for half of the next value of
2664          * the estimated peak rate.
2665          *
2666          * So, the first step is to compute the weight as a function
2667          * of how sequential the workload is. Note that the weight
2668          * cannot reach 9, because bfqd->sequential_samples cannot
2669          * become equal to bfqd->peak_rate_samples, which, in its
2670          * turn, holds true because bfqd->sequential_samples is not
2671          * incremented for the first sample.
2672          */
2673         weight = (9 * bfqd->sequential_samples) / bfqd->peak_rate_samples;
2674
2675         /*
2676          * Second step: further refine the weight as a function of the
2677          * duration of the observation interval.
2678          */
2679         weight = min_t(u32, 8,
2680                        div_u64(weight * bfqd->delta_from_first,
2681                                BFQ_RATE_REF_INTERVAL));
2682
2683         /*
2684          * Divisor ranging from 10, for minimum weight, to 2, for
2685          * maximum weight.
2686          */
2687         divisor = 10 - weight;
2688
2689         /*
2690          * Finally, update peak rate:
2691          *
2692          * peak_rate = peak_rate * (divisor-1) / divisor  +  rate / divisor
2693          */
2694         bfqd->peak_rate *= divisor-1;
2695         bfqd->peak_rate /= divisor;
2696         rate /= divisor; /* smoothing constant alpha = 1/divisor */
2697
2698         bfqd->peak_rate += rate;
2699
2700         /*
2701          * For a very slow device, bfqd->peak_rate can reach 0 (see
2702          * the minimum representable values reported in the comments
2703          * on BFQ_RATE_SHIFT). Push to 1 if this happens, to avoid
2704          * divisions by zero where bfqd->peak_rate is used as a
2705          * divisor.
2706          */
2707         bfqd->peak_rate = max_t(u32, 1, bfqd->peak_rate);
2708
2709         update_thr_responsiveness_params(bfqd);
2710
2711 reset_computation:
2712         bfq_reset_rate_computation(bfqd, rq);
2713 }
2714
2715 /*
2716  * Update the read/write peak rate (the main quantity used for
2717  * auto-tuning, see update_thr_responsiveness_params()).
2718  *
2719  * It is not trivial to estimate the peak rate (correctly): because of
2720  * the presence of sw and hw queues between the scheduler and the
2721  * device components that finally serve I/O requests, it is hard to
2722  * say exactly when a given dispatched request is served inside the
2723  * device, and for how long. As a consequence, it is hard to know
2724  * precisely at what rate a given set of requests is actually served
2725  * by the device.
2726  *
2727  * On the opposite end, the dispatch time of any request is trivially
2728  * available, and, from this piece of information, the "dispatch rate"
2729  * of requests can be immediately computed. So, the idea in the next
2730  * function is to use what is known, namely request dispatch times
2731  * (plus, when useful, request completion times), to estimate what is
2732  * unknown, namely in-device request service rate.
2733  *
2734  * The main issue is that, because of the above facts, the rate at
2735  * which a certain set of requests is dispatched over a certain time
2736  * interval can vary greatly with respect to the rate at which the
2737  * same requests are then served. But, since the size of any
2738  * intermediate queue is limited, and the service scheme is lossless
2739  * (no request is silently dropped), the following obvious convergence
2740  * property holds: the number of requests dispatched MUST become
2741  * closer and closer to the number of requests completed as the
2742  * observation interval grows. This is the key property used in
2743  * the next function to estimate the peak service rate as a function
2744  * of the observed dispatch rate. The function assumes to be invoked
2745  * on every request dispatch.
2746  */
2747 static void bfq_update_peak_rate(struct bfq_data *bfqd, struct request *rq)
2748 {
2749         u64 now_ns = ktime_get_ns();
2750
2751         if (bfqd->peak_rate_samples == 0) { /* first dispatch */
2752                 bfq_log(bfqd, "update_peak_rate: goto reset, samples %d",
2753                         bfqd->peak_rate_samples);
2754                 bfq_reset_rate_computation(bfqd, rq);
2755                 goto update_last_values; /* will add one sample */
2756         }
2757
2758         /*
2759          * Device idle for very long: the observation interval lasting
2760          * up to this dispatch cannot be a valid observation interval
2761          * for computing a new peak rate (similarly to the late-
2762          * completion event in bfq_completed_request()). Go to
2763          * update_rate_and_reset to have the following three steps
2764          * taken:
2765          * - close the observation interval at the last (previous)
2766          *   request dispatch or completion
2767          * - compute rate, if possible, for that observation interval
2768          * - start a new observation interval with this dispatch
2769          */
2770         if (now_ns - bfqd->last_dispatch > 100*NSEC_PER_MSEC &&
2771             bfqd->rq_in_driver == 0)
2772                 goto update_rate_and_reset;
2773
2774         /* Update sampling information */
2775         bfqd->peak_rate_samples++;
2776
2777         if ((bfqd->rq_in_driver > 0 ||
2778                 now_ns - bfqd->last_completion < BFQ_MIN_TT)
2779              && get_sdist(bfqd->last_position, rq) < BFQQ_SEEK_THR)
2780                 bfqd->sequential_samples++;
2781
2782         bfqd->tot_sectors_dispatched += blk_rq_sectors(rq);
2783
2784         /* Reset max observed rq size every 32 dispatches */
2785         if (likely(bfqd->peak_rate_samples % 32))
2786                 bfqd->last_rq_max_size =
2787                         max_t(u32, blk_rq_sectors(rq), bfqd->last_rq_max_size);
2788         else
2789                 bfqd->last_rq_max_size = blk_rq_sectors(rq);
2790
2791         bfqd->delta_from_first = now_ns - bfqd->first_dispatch;
2792
2793         /* Target observation interval not yet reached, go on sampling */
2794         if (bfqd->delta_from_first < BFQ_RATE_REF_INTERVAL)
2795                 goto update_last_values;
2796
2797 update_rate_and_reset:
2798         bfq_update_rate_reset(bfqd, rq);
2799 update_last_values:
2800         bfqd->last_position = blk_rq_pos(rq) + blk_rq_sectors(rq);
2801         if (RQ_BFQQ(rq) == bfqd->in_service_queue)
2802                 bfqd->in_serv_last_pos = bfqd->last_position;
2803         bfqd->last_dispatch = now_ns;
2804 }
2805
2806 /*
2807  * Remove request from internal lists.
2808  */
2809 static void bfq_dispatch_remove(struct request_queue *q, struct request *rq)
2810 {
2811         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
2812
2813         /*
2814          * For consistency, the next instruction should have been
2815          * executed after removing the request from the queue and
2816          * dispatching it.  We execute instead this instruction before
2817          * bfq_remove_request() (and hence introduce a temporary
2818          * inconsistency), for efficiency.  In fact, should this
2819          * dispatch occur for a non in-service bfqq, this anticipated
2820          * increment prevents two counters related to bfqq->dispatched
2821          * from risking to be, first, uselessly decremented, and then
2822          * incremented again when the (new) value of bfqq->dispatched
2823          * happens to be taken into account.
2824          */
2825         bfqq->dispatched++;
2826         bfq_update_peak_rate(q->elevator->elevator_data, rq);
2827
2828         bfq_remove_request(q, rq);
2829 }
2830
2831 static bool __bfq_bfqq_expire(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
2832 {
2833         /*
2834          * If this bfqq is shared between multiple processes, check
2835          * to make sure that those processes are still issuing I/Os
2836          * within the mean seek distance. If not, it may be time to
2837          * break the queues apart again.
2838          */
2839         if (bfq_bfqq_coop(bfqq) && BFQQ_SEEKY(bfqq))
2840                 bfq_mark_bfqq_split_coop(bfqq);
2841
2842         if (RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list)) {
2843                 if (bfqq->dispatched == 0)
2844                         /*
2845                          * Overloading budget_timeout field to store
2846                          * the time at which the queue remains with no
2847                          * backlog and no outstanding request; used by
2848                          * the weight-raising mechanism.
2849                          */
2850                         bfqq->budget_timeout = jiffies;
2851
2852                 bfq_del_bfqq_busy(bfqd, bfqq, true);
2853         } else {
2854                 bfq_requeue_bfqq(bfqd, bfqq, true);
2855                 /*
2856                  * Resort priority tree of potential close cooperators.
2857                  */
2858                 bfq_pos_tree_add_move(bfqd, bfqq);
2859         }
2860
2861         /*
2862          * All in-service entities must have been properly deactivated
2863          * or requeued before executing the next function, which
2864          * resets all in-service entities as no more in service. This
2865          * may cause bfqq to be freed. If this happens, the next
2866          * function returns true.
2867          */
2868         return __bfq_bfqd_reset_in_service(bfqd);
2869 }
2870
2871 /**
2872  * __bfq_bfqq_recalc_budget - try to adapt the budget to the @bfqq behavior.
2873  * @bfqd: device data.
2874  * @bfqq: queue to update.
2875  * @reason: reason for expiration.
2876  *
2877  * Handle the feedback on @bfqq budget at queue expiration.
2878  * See the body for detailed comments.
2879  */
2880 static void __bfq_bfqq_recalc_budget(struct bfq_data *bfqd,
2881                                      struct bfq_queue *bfqq,
2882                                      enum bfqq_expiration reason)
2883 {
2884         struct request *next_rq;
2885         int budget, min_budget;
2886
2887         min_budget = bfq_min_budget(bfqd);
2888
2889         if (bfqq->wr_coeff == 1)
2890                 budget = bfqq->max_budget;
2891         else /*
2892               * Use a constant, low budget for weight-raised queues,
2893               * to help achieve a low latency. Keep it slightly higher
2894               * than the minimum possible budget, to cause a little
2895               * bit fewer expirations.
2896               */
2897                 budget = 2 * min_budget;
2898
2899         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "recalc_budg: last budg %d, budg left %d",
2900                 bfqq->entity.budget, bfq_bfqq_budget_left(bfqq));
2901         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "recalc_budg: last max_budg %d, min budg %d",
2902                 budget, bfq_min_budget(bfqd));
2903         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "recalc_budg: sync %d, seeky %d",
2904                 bfq_bfqq_sync(bfqq), BFQQ_SEEKY(bfqd->in_service_queue));
2905
2906         if (bfq_bfqq_sync(bfqq) && bfqq->wr_coeff == 1) {
2907                 switch (reason) {
2908                 /*
2909                  * Caveat: in all the following cases we trade latency
2910                  * for throughput.
2911                  */
2912                 case BFQQE_TOO_IDLE:
2913                         /*
2914                          * This is the only case where we may reduce
2915                          * the budget: if there is no request of the
2916                          * process still waiting for completion, then
2917                          * we assume (tentatively) that the timer has
2918                          * expired because the batch of requests of
2919                          * the process could have been served with a
2920                          * smaller budget.  Hence, betting that
2921                          * process will behave in the same way when it
2922                          * becomes backlogged again, we reduce its
2923                          * next budget.  As long as we guess right,
2924                          * this budget cut reduces the latency
2925                          * experienced by the process.
2926                          *
2927                          * However, if there are still outstanding
2928                          * requests, then the process may have not yet
2929                          * issued its next request just because it is
2930                          * still waiting for the completion of some of
2931                          * the still outstanding ones.  So in this
2932                          * subcase we do not reduce its budget, on the
2933                          * contrary we increase it to possibly boost
2934                          * the throughput, as discussed in the
2935                          * comments to the BUDGET_TIMEOUT case.
2936                          */
2937                         if (bfqq->dispatched > 0) /* still outstanding reqs */
2938                                 budget = min(budget * 2, bfqd->bfq_max_budget);
2939                         else {
2940                                 if (budget > 5 * min_budget)
2941                                         budget -= 4 * min_budget;
2942                                 else
2943                                         budget = min_budget;
2944                         }
2945                         break;
2946                 case BFQQE_BUDGET_TIMEOUT:
2947                         /*
2948                          * We double the budget here because it gives
2949                          * the chance to boost the throughput if this
2950                          * is not a seeky process (and has bumped into
2951                          * this timeout because of, e.g., ZBR).
2952                          */
2953                         budget = min(budget * 2, bfqd->bfq_max_budget);
2954                         break;
2955                 case BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED:
2956                         /*
2957                          * The process still has backlog, and did not
2958                          * let either the budget timeout or the disk
2959                          * idling timeout expire. Hence it is not
2960                          * seeky, has a short thinktime and may be
2961                          * happy with a higher budget too. So
2962                          * definitely increase the budget of this good
2963                          * candidate to boost the disk throughput.
2964                          */
2965                         budget = min(budget * 4, bfqd->bfq_max_budget);
2966                         break;
2967                 case BFQQE_NO_MORE_REQUESTS:
2968                         /*
2969                          * For queues that expire for this reason, it
2970                          * is particularly important to keep the
2971                          * budget close to the actual service they
2972                          * need. Doing so reduces the timestamp
2973                          * misalignment problem described in the
2974                          * comments in the body of
2975                          * __bfq_activate_entity. In fact, suppose
2976                          * that a queue systematically expires for
2977                          * BFQQE_NO_MORE_REQUESTS and presents a
2978                          * new request in time to enjoy timestamp
2979                          * back-shifting. The larger the budget of the
2980                          * queue is with respect to the service the
2981                          * queue actually requests in each service
2982                          * slot, the more times the queue can be
2983                          * reactivated with the same virtual finish
2984                          * time. It follows that, even if this finish
2985                          * time is pushed to the system virtual time
2986                          * to reduce the consequent timestamp
2987                          * misalignment, the queue unjustly enjoys for
2988                          * many re-activations a lower finish time
2989                          * than all newly activated queues.
2990                          *
2991                          * The service needed by bfqq is measured
2992                          * quite precisely by bfqq->entity.service.
2993                          * Since bfqq does not enjoy device idling,
2994                          * bfqq->entity.service is equal to the number
2995                          * of sectors that the process associated with
2996                          * bfqq requested to read/write before waiting
2997                          * for request completions, or blocking for
2998                          * other reasons.
2999                          */
3000                         budget = max_t(int, bfqq->entity.service, min_budget);
3001                         break;
3002                 default:
3003                         return;
3004                 }
3005         } else if (!bfq_bfqq_sync(bfqq)) {
3006                 /*
3007                  * Async queues get always the maximum possible
3008                  * budget, as for them we do not care about latency
3009                  * (in addition, their ability to dispatch is limited
3010                  * by the charging factor).
3011                  */
3012                 budget = bfqd->bfq_max_budget;
3013         }
3014
3015         bfqq->max_budget = budget;
3016
3017         if (bfqd->budgets_assigned >= bfq_stats_min_budgets &&
3018             !bfqd->bfq_user_max_budget)
3019                 bfqq->max_budget = min(bfqq->max_budget, bfqd->bfq_max_budget);
3020
3021         /*
3022          * If there is still backlog, then assign a new budget, making
3023          * sure that it is large enough for the next request.  Since
3024          * the finish time of bfqq must be kept in sync with the
3025          * budget, be sure to call __bfq_bfqq_expire() *after* this
3026          * update.
3027          *
3028          * If there is no backlog, then no need to update the budget;
3029          * it will be updated on the arrival of a new request.
3030          */
3031         next_rq = bfqq->next_rq;
3032         if (next_rq)
3033                 bfqq->entity.budget = max_t(unsigned long, bfqq->max_budget,
3034                                             bfq_serv_to_charge(next_rq, bfqq));
3035
3036         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "head sect: %u, new budget %d",
3037                         next_rq ? blk_rq_sectors(next_rq) : 0,
3038                         bfqq->entity.budget);
3039 }
3040
3041 /*
3042  * Return true if the process associated with bfqq is "slow". The slow
3043  * flag is used, in addition to the budget timeout, to reduce the
3044  * amount of service provided to seeky processes, and thus reduce
3045  * their chances to lower the throughput. More details in the comments
3046  * on the function bfq_bfqq_expire().
3047  *
3048  * An important observation is in order: as discussed in the comments
3049  * on the function bfq_update_peak_rate(), with devices with internal
3050  * queues, it is hard if ever possible to know when and for how long
3051  * an I/O request is processed by the device (apart from the trivial
3052  * I/O pattern where a new request is dispatched only after the
3053  * previous one has been completed). This makes it hard to evaluate
3054  * the real rate at which the I/O requests of each bfq_queue are
3055  * served.  In fact, for an I/O scheduler like BFQ, serving a
3056  * bfq_queue means just dispatching its requests during its service
3057  * slot (i.e., until the budget of the queue is exhausted, or the
3058  * queue remains idle, or, finally, a timeout fires). But, during the
3059  * service slot of a bfq_queue, around 100 ms at most, the device may
3060  * be even still processing requests of bfq_queues served in previous
3061  * service slots. On the opposite end, the requests of the in-service
3062  * bfq_queue may be completed after the service slot of the queue
3063  * finishes.
3064  *
3065  * Anyway, unless more sophisticated solutions are used
3066  * (where possible), the sum of the sizes of the requests dispatched
3067  * during the service slot of a bfq_queue is probably the only
3068  * approximation available for the service received by the bfq_queue
3069  * during its service slot. And this sum is the quantity used in this
3070  * function to evaluate the I/O speed of a process.
3071  */
3072 static bool bfq_bfqq_is_slow(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
3073                                  bool compensate, enum bfqq_expiration reason,
3074                                  unsigned long *delta_ms)
3075 {
3076         ktime_t delta_ktime;
3077         u32 delta_usecs;
3078         bool slow = BFQQ_SEEKY(bfqq); /* if delta too short, use seekyness */
3079
3080         if (!bfq_bfqq_sync(bfqq))
3081                 return false;
3082
3083         if (compensate)
3084                 delta_ktime = bfqd->last_idling_start;
3085         else
3086                 delta_ktime = ktime_get();
3087         delta_ktime = ktime_sub(delta_ktime, bfqd->last_budget_start);
3088         delta_usecs = ktime_to_us(delta_ktime);
3089
3090         /* don't use too short time intervals */
3091         if (delta_usecs < 1000) {
3092                 if (blk_queue_nonrot(bfqd->queue))
3093                          /*
3094                           * give same worst-case guarantees as idling
3095                           * for seeky
3096                           */
3097                         *delta_ms = BFQ_MIN_TT / NSEC_PER_MSEC;
3098                 else /* charge at least one seek */
3099                         *delta_ms = bfq_slice_idle / NSEC_PER_MSEC;
3100
3101                 return slow;
3102         }
3103
3104         *delta_ms = delta_usecs / USEC_PER_MSEC;
3105
3106         /*
3107          * Use only long (> 20ms) intervals to filter out excessive
3108          * spikes in service rate estimation.
3109          */
3110         if (delta_usecs > 20000) {
3111                 /*
3112                  * Caveat for rotational devices: processes doing I/O
3113                  * in the slower disk zones tend to be slow(er) even
3114                  * if not seeky. In this respect, the estimated peak
3115                  * rate is likely to be an average over the disk
3116                  * surface. Accordingly, to not be too harsh with
3117                  * unlucky processes, a process is deemed slow only if
3118                  * its rate has been lower than half of the estimated
3119                  * peak rate.
3120                  */
3121                 slow = bfqq->entity.service < bfqd->bfq_max_budget / 2;
3122         }
3123
3124         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "bfq_bfqq_is_slow: slow %d", slow);
3125
3126         return slow;
3127 }
3128
3129 /*
3130  * To be deemed as soft real-time, an application must meet two
3131  * requirements. First, the application must not require an average
3132  * bandwidth higher than the approximate bandwidth required to playback or
3133  * record a compressed high-definition video.
3134  * The next function is invoked on the completion of the last request of a
3135  * batch, to compute the next-start time instant, soft_rt_next_start, such
3136  * that, if the next request of the application does not arrive before
3137  * soft_rt_next_start, then the above requirement on the bandwidth is met.
3138  *
3139  * The second requirement is that the request pattern of the application is
3140  * isochronous, i.e., that, after issuing a request or a batch of requests,
3141  * the application stops issuing new requests until all its pending requests
3142  * have been completed. After that, the application may issue a new batch,
3143  * and so on.
3144  * For this reason the next function is invoked to compute
3145  * soft_rt_next_start only for applications that meet this requirement,
3146  * whereas soft_rt_next_start is set to infinity for applications that do
3147  * not.
3148  *
3149  * Unfortunately, even a greedy (i.e., I/O-bound) application may
3150  * happen to meet, occasionally or systematically, both the above
3151  * bandwidth and isochrony requirements. This may happen at least in
3152  * the following circumstances. First, if the CPU load is high. The
3153  * application may stop issuing requests while the CPUs are busy
3154  * serving other processes, then restart, then stop again for a while,
3155  * and so on. The other circumstances are related to the storage
3156  * device: the storage device is highly loaded or reaches a low-enough
3157  * throughput with the I/O of the application (e.g., because the I/O
3158  * is random and/or the device is slow). In all these cases, the
3159  * I/O of the application may be simply slowed down enough to meet
3160  * the bandwidth and isochrony requirements. To reduce the probability
3161  * that greedy applications are deemed as soft real-time in these
3162  * corner cases, a further rule is used in the computation of
3163  * soft_rt_next_start: the return value of this function is forced to
3164  * be higher than the maximum between the following two quantities.
3165  *
3166  * (a) Current time plus: (1) the maximum time for which the arrival
3167  *     of a request is waited for when a sync queue becomes idle,
3168  *     namely bfqd->bfq_slice_idle, and (2) a few extra jiffies. We
3169  *     postpone for a moment the reason for adding a few extra
3170  *     jiffies; we get back to it after next item (b).  Lower-bounding
3171  *     the return value of this function with the current time plus
3172  *     bfqd->bfq_slice_idle tends to filter out greedy applications,
3173  *     because the latter issue their next request as soon as possible
3174  *     after the last one has been completed. In contrast, a soft
3175  *     real-time application spends some time processing data, after a
3176  *     batch of its requests has been completed.
3177  *
3178  * (b) Current value of bfqq->soft_rt_next_start. As pointed out
3179  *     above, greedy applications may happen to meet both the
3180  *     bandwidth and isochrony requirements under heavy CPU or
3181  *     storage-device load. In more detail, in these scenarios, these
3182  *     applications happen, only for limited time periods, to do I/O
3183  *     slowly enough to meet all the requirements described so far,
3184  *     including the filtering in above item (a). These slow-speed
3185  *     time intervals are usually interspersed between other time
3186  *     intervals during which these applications do I/O at a very high
3187  *     speed. Fortunately, exactly because of the high speed of the
3188  *     I/O in the high-speed intervals, the values returned by this
3189  *     function happen to be so high, near the end of any such
3190  *     high-speed interval, to be likely to fall *after* the end of
3191  *     the low-speed time interval that follows. These high values are
3192  *     stored in bfqq->soft_rt_next_start after each invocation of
3193  *     this function. As a consequence, if the last value of
3194  *     bfqq->soft_rt_next_start is constantly used to lower-bound the
3195  *     next value that this function may return, then, from the very
3196  *     beginning of a low-speed interval, bfqq->soft_rt_next_start is
3197  *     likely to be constantly kept so high that any I/O request
3198  *     issued during the low-speed interval is considered as arriving
3199  *     to soon for the application to be deemed as soft
3200  *     real-time. Then, in the high-speed interval that follows, the
3201  *     application will not be deemed as soft real-time, just because
3202  *     it will do I/O at a high speed. And so on.
3203  *
3204  * Getting back to the filtering in item (a), in the following two
3205  * cases this filtering might be easily passed by a greedy
3206  * application, if the reference quantity was just
3207  * bfqd->bfq_slice_idle:
3208  * 1) HZ is so low that the duration of a jiffy is comparable to or
3209  *    higher than bfqd->bfq_slice_idle. This happens, e.g., on slow
3210  *    devices with HZ=100. The time granularity may be so coarse
3211  *    that the approximation, in jiffies, of bfqd->bfq_slice_idle
3212  *    is rather lower than the exact value.
3213  * 2) jiffies, instead of increasing at a constant rate, may stop increasing
3214  *    for a while, then suddenly 'jump' by several units to recover the lost
3215  *    increments. This seems to happen, e.g., inside virtual machines.
3216  * To address this issue, in the filtering in (a) we do not use as a
3217  * reference time interval just bfqd->bfq_slice_idle, but
3218  * bfqd->bfq_slice_idle plus a few jiffies. In particular, we add the
3219  * minimum number of jiffies for which the filter seems to be quite
3220  * precise also in embedded systems and KVM/QEMU virtual machines.
3221  */
3222 static unsigned long bfq_bfqq_softrt_next_start(struct bfq_data *bfqd,
3223                                                 struct bfq_queue *bfqq)
3224 {
3225         return max3(bfqq->soft_rt_next_start,
3226                     bfqq->last_idle_bklogged +
3227                     HZ * bfqq->service_from_backlogged /
3228                     bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate,
3229                     jiffies + nsecs_to_jiffies(bfqq->bfqd->bfq_slice_idle) + 4);
3230 }
3231
3232 static bool bfq_bfqq_injectable(struct bfq_queue *bfqq)
3233 {
3234         return BFQQ_SEEKY(bfqq) && bfqq->wr_coeff == 1 &&
3235                 blk_queue_nonrot(bfqq->bfqd->queue) &&
3236                 bfqq->bfqd->hw_tag;
3237 }
3238
3239 /**
3240  * bfq_bfqq_expire - expire a queue.
3241  * @bfqd: device owning the queue.
3242  * @bfqq: the queue to expire.
3243  * @compensate: if true, compensate for the time spent idling.
3244  * @reason: the reason causing the expiration.
3245  *
3246  * If the process associated with bfqq does slow I/O (e.g., because it
3247  * issues random requests), we charge bfqq with the time it has been
3248  * in service instead of the service it has received (see
3249  * bfq_bfqq_charge_time for details on how this goal is achieved). As
3250  * a consequence, bfqq will typically get higher timestamps upon
3251  * reactivation, and hence it will be rescheduled as if it had
3252  * received more service than what it has actually received. In the
3253  * end, bfqq receives less service in proportion to how slowly its
3254  * associated process consumes its budgets (and hence how seriously it
3255  * tends to lower the throughput). In addition, this time-charging
3256  * strategy guarantees time fairness among slow processes. In
3257  * contrast, if the process associated with bfqq is not slow, we
3258  * charge bfqq exactly with the service it has received.
3259  *
3260  * Charging time to the first type of queues and the exact service to
3261  * the other has the effect of using the WF2Q+ policy to schedule the
3262  * former on a timeslice basis, without violating service domain
3263  * guarantees among the latter.
3264  */
3265 void bfq_bfqq_expire(struct bfq_data *bfqd,
3266                      struct bfq_queue *bfqq,
3267                      bool compensate,
3268                      enum bfqq_expiration reason)
3269 {
3270         bool slow;
3271         unsigned long delta = 0;
3272         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
3273
3274         /*
3275          * Check whether the process is slow (see bfq_bfqq_is_slow).
3276          */
3277         slow = bfq_bfqq_is_slow(bfqd, bfqq, compensate, reason, &delta);
3278
3279         /*
3280          * As above explained, charge slow (typically seeky) and
3281          * timed-out queues with the time and not the service
3282          * received, to favor sequential workloads.
3283          *
3284          * Processes doing I/O in the slower disk zones will tend to
3285          * be slow(er) even if not seeky. Therefore, since the
3286          * estimated peak rate is actually an average over the disk
3287          * surface, these processes may timeout just for bad luck. To
3288          * avoid punishing them, do not charge time to processes that
3289          * succeeded in consuming at least 2/3 of their budget. This
3290          * allows BFQ to preserve enough elasticity to still perform
3291          * bandwidth, and not time, distribution with little unlucky
3292          * or quasi-sequential processes.
3293          */
3294         if (bfqq->wr_coeff == 1 &&
3295             (slow ||
3296              (reason == BFQQE_BUDGET_TIMEOUT &&
3297               bfq_bfqq_budget_left(bfqq) >=  entity->budget / 3)))
3298                 bfq_bfqq_charge_time(bfqd, bfqq, delta);
3299
3300         if (reason == BFQQE_TOO_IDLE &&
3301             entity->service <= 2 * entity->budget / 10)
3302                 bfq_clear_bfqq_IO_bound(bfqq);
3303
3304         if (bfqd->low_latency && bfqq->wr_coeff == 1)
3305                 bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
3306
3307         if (bfqd->low_latency && bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate > 0 &&
3308             RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list)) {
3309                 /*
3310                  * If we get here, and there are no outstanding
3311                  * requests, then the request pattern is isochronous
3312                  * (see the comments on the function
3313                  * bfq_bfqq_softrt_next_start()). Thus we can compute
3314                  * soft_rt_next_start. If, instead, the queue still
3315                  * has outstanding requests, then we have to wait for
3316                  * the completion of all the outstanding requests to
3317                  * discover whether the request pattern is actually
3318                  * isochronous.
3319                  */
3320                 if (bfqq->dispatched == 0)
3321                         bfqq->soft_rt_next_start =
3322                                 bfq_bfqq_softrt_next_start(bfqd, bfqq);
3323                 else {
3324                         /*
3325                          * Schedule an update of soft_rt_next_start to when
3326                          * the task may be discovered to be isochronous.
3327                          */
3328                         bfq_mark_bfqq_softrt_update(bfqq);
3329                 }
3330         }
3331
3332         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq,
3333                 "expire (%d, slow %d, num_disp %d, short_ttime %d)", reason,
3334                 slow, bfqq->dispatched, bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq));
3335
3336         /*
3337          * Increase, decrease or leave budget unchanged according to
3338          * reason.
3339          */
3340         __bfq_bfqq_recalc_budget(bfqd, bfqq, reason);
3341         if (__bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq))
3342                 /* bfqq is gone, no more actions on it */
3343                 return;
3344
3345         bfqq->injected_service = 0;
3346
3347         /* mark bfqq as waiting a request only if a bic still points to it */
3348         if (!bfq_bfqq_busy(bfqq) &&
3349             reason != BFQQE_BUDGET_TIMEOUT &&
3350             reason != BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED) {
3351                 bfq_mark_bfqq_non_blocking_wait_rq(bfqq);
3352                 /*
3353                  * Not setting service to 0, because, if the next rq
3354                  * arrives in time, the queue will go on receiving
3355                  * service with this same budget (as if it never expired)
3356                  */
3357         } else
3358                 entity->service = 0;
3359
3360         /*
3361          * Reset the received-service counter for every parent entity.
3362          * Differently from what happens with bfqq->entity.service,
3363          * the resetting of this counter never needs to be postponed
3364          * for parent entities. In fact, in case bfqq may have a
3365          * chance to go on being served using the last, partially
3366          * consumed budget, bfqq->entity.service needs to be kept,
3367          * because if bfqq then actually goes on being served using
3368          * the same budget, the last value of bfqq->entity.service is
3369          * needed to properly decrement bfqq->entity.budget by the
3370          * portion already consumed. In contrast, it is not necessary
3371          * to keep entity->service for parent entities too, because
3372          * the bubble up of the new value of bfqq->entity.budget will
3373          * make sure that the budgets of parent entities are correct,
3374          * even in case bfqq and thus parent entities go on receiving
3375          * service with the same budget.
3376          */
3377         entity = entity->parent;
3378         for_each_entity(entity)
3379                 entity->service = 0;
3380 }
3381
3382 /*
3383  * Budget timeout is not implemented through a dedicated timer, but
3384  * just checked on request arrivals and completions, as well as on
3385  * idle timer expirations.
3386  */
3387 static bool bfq_bfqq_budget_timeout(struct bfq_queue *bfqq)
3388 {
3389         return time_is_before_eq_jiffies(bfqq->budget_timeout);
3390 }
3391
3392 /*
3393  * If we expire a queue that is actively waiting (i.e., with the
3394  * device idled) for the arrival of a new request, then we may incur
3395  * the timestamp misalignment problem described in the body of the
3396  * function __bfq_activate_entity. Hence we return true only if this
3397  * condition does not hold, or if the queue is slow enough to deserve
3398  * only to be kicked off for preserving a high throughput.
3399  */
3400 static bool bfq_may_expire_for_budg_timeout(struct bfq_queue *bfqq)
3401 {
3402         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq,
3403                 "may_budget_timeout: wait_request %d left %d timeout %d",
3404                 bfq_bfqq_wait_request(bfqq),
3405                         bfq_bfqq_budget_left(bfqq) >=  bfqq->entity.budget / 3,
3406                 bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq));
3407
3408         return (!bfq_bfqq_wait_request(bfqq) ||
3409                 bfq_bfqq_budget_left(bfqq) >=  bfqq->entity.budget / 3)
3410                 &&
3411                 bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq);
3412 }
3413
3414 /*
3415  * For a queue that becomes empty, device idling is allowed only if
3416  * this function returns true for the queue. As a consequence, since
3417  * device idling plays a critical role in both throughput boosting and
3418  * service guarantees, the return value of this function plays a
3419  * critical role in both these aspects as well.
3420  *
3421  * In a nutshell, this function returns true only if idling is
3422  * beneficial for throughput or, even if detrimental for throughput,
3423  * idling is however necessary to preserve service guarantees (low
3424  * latency, desired throughput distribution, ...). In particular, on
3425  * NCQ-capable devices, this function tries to return false, so as to
3426  * help keep the drives' internal queues full, whenever this helps the
3427  * device boost the throughput without causing any service-guarantee
3428  * issue.
3429  *
3430  * In more detail, the return value of this function is obtained by,
3431  * first, computing a number of boolean variables that take into
3432  * account throughput and service-guarantee issues, and, then,
3433  * combining these variables in a logical expression. Most of the
3434  * issues taken into account are not trivial. We discuss these issues
3435  * individually while introducing the variables.
3436  */
3437 static bool bfq_better_to_idle(struct bfq_queue *bfqq)
3438 {
3439         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
3440         bool rot_without_queueing =
3441                 !blk_queue_nonrot(bfqd->queue) && !bfqd->hw_tag,
3442                 bfqq_sequential_and_IO_bound,
3443                 idling_boosts_thr, idling_boosts_thr_without_issues,
3444                 idling_needed_for_service_guarantees,
3445                 asymmetric_scenario;
3446
3447         if (bfqd->strict_guarantees)
3448                 return true;
3449
3450         /*
3451          * Idling is performed only if slice_idle > 0. In addition, we
3452          * do not idle if
3453          * (a) bfqq is async
3454          * (b) bfqq is in the idle io prio class: in this case we do
3455          * not idle because we want to minimize the bandwidth that
3456          * queues in this class can steal to higher-priority queues
3457          */
3458         if (bfqd->bfq_slice_idle == 0 || !bfq_bfqq_sync(bfqq) ||
3459             bfq_class_idle(bfqq))
3460                 return false;
3461
3462         bfqq_sequential_and_IO_bound = !BFQQ_SEEKY(bfqq) &&
3463                 bfq_bfqq_IO_bound(bfqq) && bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
3464
3465         /*
3466          * The next variable takes into account the cases where idling
3467          * boosts the throughput.
3468          *
3469          * The value of the variable is computed considering, first, that
3470          * idling is virtually always beneficial for the throughput if:
3471          * (a) the device is not NCQ-capable and rotational, or
3472          * (b) regardless of the presence of NCQ, the device is rotational and
3473          *     the request pattern for bfqq is I/O-bound and sequential, or
3474          * (c) regardless of whether it is rotational, the device is
3475          *     not NCQ-capable and the request pattern for bfqq is
3476          *     I/O-bound and sequential.
3477          *
3478          * Secondly, and in contrast to the above item (b), idling an
3479          * NCQ-capable flash-based device would not boost the
3480          * throughput even with sequential I/O; rather it would lower
3481          * the throughput in proportion to how fast the device
3482          * is. Accordingly, the next variable is true if any of the
3483          * above conditions (a), (b) or (c) is true, and, in
3484          * particular, happens to be false if bfqd is an NCQ-capable
3485          * flash-based device.
3486          */
3487         idling_boosts_thr = rot_without_queueing ||
3488                 ((!blk_queue_nonrot(bfqd->queue) || !bfqd->hw_tag) &&
3489                  bfqq_sequential_and_IO_bound);
3490
3491         /*
3492          * The value of the next variable,
3493          * idling_boosts_thr_without_issues, is equal to that of
3494          * idling_boosts_thr, unless a special case holds. In this
3495          * special case, described below, idling may cause problems to
3496          * weight-raised queues.
3497          *
3498          * When the request pool is saturated (e.g., in the presence
3499          * of write hogs), if the processes associated with
3500          * non-weight-raised queues ask for requests at a lower rate,
3501          * then processes associated with weight-raised queues have a
3502          * higher probability to get a request from the pool
3503          * immediately (or at least soon) when they need one. Thus
3504          * they have a higher probability to actually get a fraction
3505          * of the device throughput proportional to their high
3506          * weight. This is especially true with NCQ-capable drives,
3507          * which enqueue several requests in advance, and further
3508          * reorder internally-queued requests.
3509          *
3510          * For this reason, we force to false the value of
3511          * idling_boosts_thr_without_issues if there are weight-raised
3512          * busy queues. In this case, and if bfqq is not weight-raised,
3513          * this guarantees that the device is not idled for bfqq (if,
3514          * instead, bfqq is weight-raised, then idling will be
3515          * guaranteed by another variable, see below). Combined with
3516          * the timestamping rules of BFQ (see [1] for details), this
3517          * behavior causes bfqq, and hence any sync non-weight-raised
3518          * queue, to get a lower number of requests served, and thus
3519          * to ask for a lower number of requests from the request
3520          * pool, before the busy weight-raised queues get served
3521          * again. This often mitigates starvation problems in the
3522          * presence of heavy write workloads and NCQ, thereby
3523          * guaranteeing a higher application and system responsiveness
3524          * in these hostile scenarios.
3525          */
3526         idling_boosts_thr_without_issues = idling_boosts_thr &&
3527                 bfqd->wr_busy_queues == 0;
3528
3529         /*
3530          * There is then a case where idling must be performed not
3531          * for throughput concerns, but to preserve service
3532          * guarantees.
3533          *
3534          * To introduce this case, we can note that allowing the drive
3535          * to enqueue more than one request at a time, and hence
3536          * delegating de facto final scheduling decisions to the
3537          * drive's internal scheduler, entails loss of control on the
3538          * actual request service order. In particular, the critical
3539          * situation is when requests from different processes happen
3540          * to be present, at the same time, in the internal queue(s)
3541          * of the drive. In such a situation, the drive, by deciding
3542          * the service order of the internally-queued requests, does
3543          * determine also the actual throughput distribution among
3544          * these processes. But the drive typically has no notion or
3545          * concern about per-process throughput distribution, and
3546          * makes its decisions only on a per-request basis. Therefore,
3547          * the service distribution enforced by the drive's internal
3548          * scheduler is likely to coincide with the desired
3549          * device-throughput distribution only in a completely
3550          * symmetric scenario where:
3551          * (i)  each of these processes must get the same throughput as
3552          *      the others;
3553          * (ii) the I/O of each process has the same properties, in
3554          *      terms of locality (sequential or random), direction
3555          *      (reads or writes), request sizes, greediness
3556          *      (from I/O-bound to sporadic), and so on.
3557          * In fact, in such a scenario, the drive tends to treat
3558          * the requests of each of these processes in about the same
3559          * way as the requests of the others, and thus to provide
3560          * each of these processes with about the same throughput
3561          * (which is exactly the desired throughput distribution). In
3562          * contrast, in any asymmetric scenario, device idling is
3563          * certainly needed to guarantee that bfqq receives its
3564          * assigned fraction of the device throughput (see [1] for
3565          * details).
3566          * The problem is that idling may significantly reduce
3567          * throughput with certain combinations of types of I/O and
3568          * devices. An important example is sync random I/O, on flash
3569          * storage with command queueing. So, unless bfqq falls in the
3570          * above cases where idling also boosts throughput, it would
3571          * be important to check conditions (i) and (ii) accurately,
3572          * so as to avoid idling when not strictly needed for service
3573          * guarantees.
3574          *
3575          * Unfortunately, it is extremely difficult to thoroughly
3576          * check condition (ii). And, in case there are active groups,
3577          * it becomes very difficult to check condition (i) too. In
3578          * fact, if there are active groups, then, for condition (i)
3579          * to become false, it is enough that an active group contains
3580          * more active processes or sub-groups than some other active
3581          * group. More precisely, for condition (i) to hold because of
3582          * such a group, it is not even necessary that the group is
3583          * (still) active: it is sufficient that, even if the group
3584          * has become inactive, some of its descendant processes still
3585          * have some request already dispatched but still waiting for
3586          * completion. In fact, requests have still to be guaranteed
3587          * their share of the throughput even after being
3588          * dispatched. In this respect, it is easy to show that, if a
3589          * group frequently becomes inactive while still having
3590          * in-flight requests, and if, when this happens, the group is
3591          * not considered in the calculation of whether the scenario
3592          * is asymmetric, then the group may fail to be guaranteed its
3593          * fair share of the throughput (basically because idling may
3594          * not be performed for the descendant processes of the group,
3595          * but it had to be).  We address this issue with the
3596          * following bi-modal behavior, implemented in the function
3597          * bfq_symmetric_scenario().
3598          *
3599          * If there are groups with requests waiting for completion
3600          * (as commented above, some of these groups may even be
3601          * already inactive), then the scenario is tagged as
3602          * asymmetric, conservatively, without checking any of the
3603          * conditions (i) and (ii). So the device is idled for bfqq.
3604          * This behavior matches also the fact that groups are created
3605          * exactly if controlling I/O is a primary concern (to
3606          * preserve bandwidth and latency guarantees).
3607          *
3608          * On the opposite end, if there are no groups with requests
3609          * waiting for completion, then only condition (i) is actually
3610          * controlled, i.e., provided that condition (i) holds, idling
3611          * is not performed, regardless of whether condition (ii)
3612          * holds. In other words, only if condition (i) does not hold,
3613          * then idling is allowed, and the device tends to be
3614          * prevented from queueing many requests, possibly of several
3615          * processes. Since there are no groups with requests waiting
3616          * for completion, then, to control condition (i) it is enough
3617          * to check just whether all the queues with requests waiting
3618          * for completion also have the same weight.
3619          *
3620          * Not checking condition (ii) evidently exposes bfqq to the
3621          * risk of getting less throughput than its fair share.
3622          * However, for queues with the same weight, a further
3623          * mechanism, preemption, mitigates or even eliminates this
3624          * problem. And it does so without consequences on overall
3625          * throughput. This mechanism and its benefits are explained
3626          * in the next three paragraphs.
3627          *
3628          * Even if a queue, say Q, is expired when it remains idle, Q
3629          * can still preempt the new in-service queue if the next
3630          * request of Q arrives soon (see the comments on
3631          * bfq_bfqq_update_budg_for_activation). If all queues and
3632          * groups have the same weight, this form of preemption,
3633          * combined with the hole-recovery heuristic described in the
3634          * comments on function bfq_bfqq_update_budg_for_activation,
3635          * are enough to preserve a correct bandwidth distribution in
3636          * the mid term, even without idling. In fact, even if not
3637          * idling allows the internal queues of the device to contain
3638          * many requests, and thus to reorder requests, we can rather
3639          * safely assume that the internal scheduler still preserves a
3640          * minimum of mid-term fairness.
3641          *
3642          * More precisely, this preemption-based, idleless approach
3643          * provides fairness in terms of IOPS, and not sectors per
3644          * second. This can be seen with a simple example. Suppose
3645          * that there are two queues with the same weight, but that
3646          * the first queue receives requests of 8 sectors, while the
3647          * second queue receives requests of 1024 sectors. In
3648          * addition, suppose that each of the two queues contains at
3649          * most one request at a time, which implies that each queue
3650          * always remains idle after it is served. Finally, after
3651          * remaining idle, each queue receives very quickly a new
3652          * request. It follows that the two queues are served
3653          * alternatively, preempting each other if needed. This
3654          * implies that, although both queues have the same weight,
3655          * the queue with large requests receives a service that is
3656          * 1024/8 times as high as the service received by the other
3657          * queue.
3658          *
3659          * The motivation for using preemption instead of idling (for
3660          * queues with the same weight) is that, by not idling,
3661          * service guarantees are preserved (completely or at least in
3662          * part) without minimally sacrificing throughput. And, if
3663          * there is no active group, then the primary expectation for
3664          * this device is probably a high throughput.
3665          *
3666          * We are now left only with explaining the additional
3667          * compound condition that is checked below for deciding
3668          * whether the scenario is asymmetric. To explain this
3669          * compound condition, we need to add that the function
3670          * bfq_symmetric_scenario checks the weights of only
3671          * non-weight-raised queues, for efficiency reasons (see
3672          * comments on bfq_weights_tree_add()). Then the fact that
3673          * bfqq is weight-raised is checked explicitly here. More
3674          * precisely, the compound condition below takes into account
3675          * also the fact that, even if bfqq is being weight-raised,
3676          * the scenario is still symmetric if all queues with requests
3677          * waiting for completion happen to be
3678          * weight-raised. Actually, we should be even more precise
3679          * here, and differentiate between interactive weight raising
3680          * and soft real-time weight raising.
3681          *
3682          * As a side note, it is worth considering that the above
3683          * device-idling countermeasures may however fail in the
3684          * following unlucky scenario: if idling is (correctly)
3685          * disabled in a time period during which all symmetry
3686          * sub-conditions hold, and hence the device is allowed to
3687          * enqueue many requests, but at some later point in time some
3688          * sub-condition stops to hold, then it may become impossible
3689          * to let requests be served in the desired order until all
3690          * the requests already queued in the device have been served.
3691          */
3692         asymmetric_scenario = (bfqq->wr_coeff > 1 &&
3693                                bfqd->wr_busy_queues < bfqd->busy_queues) ||
3694                 !bfq_symmetric_scenario(bfqd);
3695
3696         /*
3697          * Finally, there is a case where maximizing throughput is the
3698          * best choice even if it may cause unfairness toward
3699          * bfqq. Such a case is when bfqq became active in a burst of
3700          * queue activations. Queues that became active during a large
3701          * burst benefit only from throughput, as discussed in the
3702          * comments on bfq_handle_burst. Thus, if bfqq became active
3703          * in a burst and not idling the device maximizes throughput,
3704          * then the device must no be idled, because not idling the
3705          * device provides bfqq and all other queues in the burst with
3706          * maximum benefit. Combining this and the above case, we can
3707          * now establish when idling is actually needed to preserve
3708          * service guarantees.
3709          */
3710         idling_needed_for_service_guarantees =
3711                 asymmetric_scenario && !bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq);
3712
3713         /*
3714          * We have now all the components we need to compute the
3715          * return value of the function, which is true only if idling
3716          * either boosts the throughput (without issues), or is
3717          * necessary to preserve service guarantees.
3718          */
3719         return idling_boosts_thr_without_issues ||
3720                 idling_needed_for_service_guarantees;
3721 }
3722
3723 /*
3724  * If the in-service queue is empty but the function bfq_better_to_idle
3725  * returns true, then:
3726  * 1) the queue must remain in service and cannot be expired, and
3727  * 2) the device must be idled to wait for the possible arrival of a new
3728  *    request for the queue.
3729  * See the comments on the function bfq_better_to_idle for the reasons
3730  * why performing device idling is the best choice to boost the throughput
3731  * and preserve service guarantees when bfq_better_to_idle itself
3732  * returns true.
3733  */
3734 static bool bfq_bfqq_must_idle(struct bfq_queue *bfqq)
3735 {
3736         return RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) && bfq_better_to_idle(bfqq);
3737 }
3738
3739 static struct bfq_queue *bfq_choose_bfqq_for_injection(struct bfq_data *bfqd)
3740 {
3741         struct bfq_queue *bfqq;
3742
3743         /*
3744          * A linear search; but, with a high probability, very few
3745          * steps are needed to find a candidate queue, i.e., a queue
3746          * with enough budget left for its next request. In fact:
3747          * - BFQ dynamically updates the budget of every queue so as
3748          *   to accommodate the expected backlog of the queue;
3749          * - if a queue gets all its requests dispatched as injected
3750          *   service, then the queue is removed from the active list
3751          *   (and re-added only if it gets new requests, but with
3752          *   enough budget for its new backlog).
3753          */
3754         list_for_each_entry(bfqq, &bfqd->active_list, bfqq_list)
3755                 if (!RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) &&
3756                     bfq_serv_to_charge(bfqq->next_rq, bfqq) <=
3757                     bfq_bfqq_budget_left(bfqq))
3758                         return bfqq;
3759
3760         return NULL;
3761 }
3762
3763 /*
3764  * Select a queue for service.  If we have a current queue in service,
3765  * check whether to continue servicing it, or retrieve and set a new one.
3766  */
3767 static struct bfq_queue *bfq_select_queue(struct bfq_data *bfqd)
3768 {
3769         struct bfq_queue *bfqq;
3770         struct request *next_rq;
3771         enum bfqq_expiration reason = BFQQE_BUDGET_TIMEOUT;
3772
3773         bfqq = bfqd->in_service_queue;
3774         if (!bfqq)
3775                 goto new_queue;
3776
3777         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "select_queue: already in-service queue");
3778
3779         /*
3780          * Do not expire bfqq for budget timeout if bfqq may be about
3781          * to enjoy device idling. The reason why, in this case, we
3782          * prevent bfqq from expiring is the same as in the comments
3783          * on the case where bfq_bfqq_must_idle() returns true, in
3784          * bfq_completed_request().
3785          */
3786         if (bfq_may_expire_for_budg_timeout(bfqq) &&
3787             !bfq_bfqq_must_idle(bfqq))
3788                 goto expire;
3789
3790 check_queue:
3791         /*
3792          * This loop is rarely executed more than once. Even when it
3793          * happens, it is much more convenient to re-execute this loop
3794          * than to return NULL and trigger a new dispatch to get a
3795          * request served.
3796          */
3797         next_rq = bfqq->next_rq;
3798         /*
3799          * If bfqq has requests queued and it has enough budget left to
3800          * serve them, keep the queue, otherwise expire it.
3801          */
3802         if (next_rq) {
3803                 if (bfq_serv_to_charge(next_rq, bfqq) >
3804                         bfq_bfqq_budget_left(bfqq)) {
3805                         /*
3806                          * Expire the queue for budget exhaustion,
3807                          * which makes sure that the next budget is
3808                          * enough to serve the next request, even if
3809                          * it comes from the fifo expired path.
3810                          */
3811                         reason = BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED;
3812                         goto expire;
3813                 } else {
3814                         /*
3815                          * The idle timer may be pending because we may
3816                          * not disable disk idling even when a new request
3817                          * arrives.
3818                          */
3819                         if (bfq_bfqq_wait_request(bfqq)) {
3820                                 /*
3821                                  * If we get here: 1) at least a new request
3822                                  * has arrived but we have not disabled the
3823                                  * timer because the request was too small,
3824                                  * 2) then the block layer has unplugged
3825                                  * the device, causing the dispatch to be
3826                                  * invoked.
3827                                  *
3828                                  * Since the device is unplugged, now the
3829                                  * requests are probably large enough to
3830                                  * provide a reasonable throughput.
3831                                  * So we disable idling.
3832                                  */
3833                                 bfq_clear_bfqq_wait_request(bfqq);
3834                                 hrtimer_try_to_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
3835                         }
3836                         goto keep_queue;
3837                 }
3838         }
3839
3840         /*
3841          * No requests pending. However, if the in-service queue is idling
3842          * for a new request, or has requests waiting for a completion and
3843          * may idle after their completion, then keep it anyway.
3844          *
3845          * Yet, to boost throughput, inject service from other queues if
3846          * possible.
3847          */
3848         if (bfq_bfqq_wait_request(bfqq) ||
3849             (bfqq->dispatched != 0 && bfq_better_to_idle(bfqq))) {
3850                 if (bfq_bfqq_injectable(bfqq) &&
3851                     bfqq->injected_service * bfqq->inject_coeff <
3852                     bfqq->entity.service * 10)
3853                         bfqq = bfq_choose_bfqq_for_injection(bfqd);
3854                 else
3855                         bfqq = NULL;
3856
3857                 goto keep_queue;
3858         }
3859
3860         reason = BFQQE_NO_MORE_REQUESTS;
3861 expire:
3862         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false, reason);
3863 new_queue:
3864         bfqq = bfq_set_in_service_queue(bfqd);
3865         if (bfqq) {
3866                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "select_queue: checking new queue");
3867                 goto check_queue;
3868         }
3869 keep_queue:
3870         if (bfqq)
3871                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "select_queue: returned this queue");
3872         else
3873                 bfq_log(bfqd, "select_queue: no queue returned");
3874
3875         return bfqq;
3876 }
3877
3878 static void bfq_update_wr_data(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
3879 {
3880         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
3881
3882         if (bfqq->wr_coeff > 1) { /* queue is being weight-raised */
3883                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq,
3884                         "raising period dur %u/%u msec, old coeff %u, w %d(%d)",
3885                         jiffies_to_msecs(jiffies - bfqq->last_wr_start_finish),
3886                         jiffies_to_msecs(bfqq->wr_cur_max_time),
3887                         bfqq->wr_coeff,
3888                         bfqq->entity.weight, bfqq->entity.orig_weight);
3889
3890                 if (entity->prio_changed)
3891                         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "WARN: pending prio change");
3892
3893                 /*
3894                  * If the queue was activated in a burst, or too much
3895                  * time has elapsed from the beginning of this
3896                  * weight-raising period, then end weight raising.
3897                  */
3898                 if (bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq))
3899                         bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
3900                 else if (time_is_before_jiffies(bfqq->last_wr_start_finish +
3901                                                 bfqq->wr_cur_max_time)) {
3902                         if (bfqq->wr_cur_max_time != bfqd->bfq_wr_rt_max_time ||
3903                         time_is_before_jiffies(bfqq->wr_start_at_switch_to_srt +
3904                                                bfq_wr_duration(bfqd)))
3905                                 bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
3906                         else {
3907                                 switch_back_to_interactive_wr(bfqq, bfqd);
3908                                 bfqq->entity.prio_changed = 1;
3909                         }
3910                 }
3911                 if (bfqq->wr_coeff > 1 &&
3912                     bfqq->wr_cur_max_time != bfqd->bfq_wr_rt_max_time &&
3913                     bfqq->service_from_wr > max_service_from_wr) {
3914                         /* see comments on max_service_from_wr */
3915                         bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
3916                 }
3917         }
3918         /*
3919          * To improve latency (for this or other queues), immediately
3920          * update weight both if it must be raised and if it must be
3921          * lowered. Since, entity may be on some active tree here, and
3922          * might have a pending change of its ioprio class, invoke
3923          * next function with the last parameter unset (see the
3924          * comments on the function).
3925          */
3926         if ((entity->weight > entity->orig_weight) != (bfqq->wr_coeff > 1))
3927                 __bfq_entity_update_weight_prio(bfq_entity_service_tree(entity),
3928                                                 entity, false);
3929 }
3930
3931 /*
3932  * Dispatch next request from bfqq.
3933  */
3934 static struct request *bfq_dispatch_rq_from_bfqq(struct bfq_data *bfqd,
3935                                                  struct bfq_queue *bfqq)
3936 {
3937         struct request *rq = bfqq->next_rq;
3938         unsigned long service_to_charge;
3939
3940         service_to_charge = bfq_serv_to_charge(rq, bfqq);
3941
3942         bfq_bfqq_served(bfqq, service_to_charge);
3943
3944         bfq_dispatch_remove(bfqd->queue, rq);
3945
3946         if (bfqq != bfqd->in_service_queue) {
3947                 if (likely(bfqd->in_service_queue))
3948                         bfqd->in_service_queue->injected_service +=
3949                                 bfq_serv_to_charge(rq, bfqq);
3950
3951                 goto return_rq;
3952         }
3953
3954         /*
3955          * If weight raising has to terminate for bfqq, then next
3956          * function causes an immediate update of bfqq's weight,
3957          * without waiting for next activation. As a consequence, on
3958          * expiration, bfqq will be timestamped as if has never been
3959          * weight-raised during this service slot, even if it has
3960          * received part or even most of the service as a
3961          * weight-raised queue. This inflates bfqq's timestamps, which
3962          * is beneficial, as bfqq is then more willing to leave the
3963          * device immediately to possible other weight-raised queues.
3964          */
3965         bfq_update_wr_data(bfqd, bfqq);
3966
3967         /*
3968          * Expire bfqq, pretending that its budget expired, if bfqq
3969          * belongs to CLASS_IDLE and other queues are waiting for
3970          * service.
3971          */
3972         if (!(bfqd->busy_queues > 1 && bfq_class_idle(bfqq)))
3973                 goto return_rq;
3974
3975         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false, BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED);
3976
3977 return_rq:
3978         return rq;
3979 }
3980
3981 static bool bfq_has_work(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
3982 {
3983         struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
3984
3985         /*
3986          * Avoiding lock: a race on bfqd->busy_queues should cause at
3987          * most a call to dispatch for nothing
3988          */
3989         return !list_empty_careful(&bfqd->dispatch) ||
3990                 bfqd->busy_queues > 0;
3991 }
3992
3993 static struct request *__bfq_dispatch_request(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
3994 {
3995         struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
3996         struct request *rq = NULL;
3997         struct bfq_queue *bfqq = NULL;
3998
3999         if (!list_empty(&bfqd->dispatch)) {
4000                 rq = list_first_entry(&bfqd->dispatch, struct request,
4001                                       queuelist);
4002                 list_del_init(&rq->queuelist);
4003
4004                 bfqq = RQ_BFQQ(rq);
4005
4006                 if (bfqq) {
4007                         /*
4008                          * Increment counters here, because this
4009                          * dispatch does not follow the standard
4010                          * dispatch flow (where counters are
4011                          * incremented)
4012                          */
4013                         bfqq->dispatched++;
4014
4015                         goto inc_in_driver_start_rq;
4016                 }
4017
4018                 /*
4019                  * We exploit the bfq_finish_requeue_request hook to
4020                  * decrement rq_in_driver, but
4021                  * bfq_finish_requeue_request will not be invoked on
4022                  * this request. So, to avoid unbalance, just start
4023                  * this request, without incrementing rq_in_driver. As
4024                  * a negative consequence, rq_in_driver is deceptively
4025                  * lower than it should be while this request is in
4026                  * service. This may cause bfq_schedule_dispatch to be
4027                  * invoked uselessly.
4028                  *
4029                  * As for implementing an exact solution, the
4030                  * bfq_finish_requeue_request hook, if defined, is
4031                  * probably invoked also on this request. So, by
4032                  * exploiting this hook, we could 1) increment
4033                  * rq_in_driver here, and 2) decrement it in
4034                  * bfq_finish_requeue_request. Such a solution would
4035                  * let the value of the counter be always accurate,
4036                  * but it would entail using an extra interface
4037                  * function. This cost seems higher than the benefit,
4038                  * being the frequency of non-elevator-private
4039                  * requests very low.
4040                  */
4041                 goto start_rq;
4042         }
4043
4044         bfq_log(bfqd, "dispatch requests: %d busy queues", bfqd->busy_queues);
4045
4046         if (bfqd->busy_queues == 0)
4047                 goto exit;
4048
4049         /*
4050          * Force device to serve one request at a time if
4051          * strict_guarantees is true. Forcing this service scheme is
4052          * currently the ONLY way to guarantee that the request
4053          * service order enforced by the scheduler is respected by a
4054          * queueing device. Otherwise the device is free even to make
4055          * some unlucky request wait for as long as the device
4056          * wishes.
4057          *
4058          * Of course, serving one request at at time may cause loss of
4059          * throughput.
4060          */
4061         if (bfqd->strict_guarantees && bfqd->rq_in_driver > 0)
4062                 goto exit;
4063
4064         bfqq = bfq_select_queue(bfqd);
4065         if (!bfqq)
4066                 goto exit;
4067
4068         rq = bfq_dispatch_rq_from_bfqq(bfqd, bfqq);
4069
4070         if (rq) {
4071 inc_in_driver_start_rq:
4072                 bfqd->rq_in_driver++;
4073 start_rq:
4074                 rq->rq_flags |= RQF_STARTED;
4075         }
4076 exit:
4077         return rq;
4078 }
4079
4080 #if defined(CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED) && defined(CONFIG_DEBUG_BLK_CGROUP)
4081 static void bfq_update_dispatch_stats(struct request_queue *q,
4082                                       struct request *rq,
4083                                       struct bfq_queue *in_serv_queue,
4084                                       bool idle_timer_disabled)
4085 {
4086         struct bfq_queue *bfqq = rq ? RQ_BFQQ(rq) : NULL;
4087
4088         if (!idle_timer_disabled && !bfqq)
4089                 return;
4090
4091         /*
4092          * rq and bfqq are guaranteed to exist until this function
4093          * ends, for the following reasons. First, rq can be
4094          * dispatched to the device, and then can be completed and
4095          * freed, only after this function ends. Second, rq cannot be
4096          * merged (and thus freed because of a merge) any longer,
4097          * because it has already started. Thus rq cannot be freed
4098          * before this function ends, and, since rq has a reference to
4099          * bfqq, the same guarantee holds for bfqq too.
4100          *
4101          * In addition, the following queue lock guarantees that
4102          * bfqq_group(bfqq) exists as well.
4103          */
4104         spin_lock_irq(q->queue_lock);
4105         if (idle_timer_disabled)
4106                 /*
4107                  * Since the idle timer has been disabled,
4108                  * in_serv_queue contained some request when
4109                  * __bfq_dispatch_request was invoked above, which
4110                  * implies that rq was picked exactly from
4111                  * in_serv_queue. Thus in_serv_queue == bfqq, and is
4112                  * therefore guaranteed to exist because of the above
4113                  * arguments.
4114                  */
4115                 bfqg_stats_update_idle_time(bfqq_group(in_serv_queue));
4116         if (bfqq) {
4117                 struct bfq_group *bfqg = bfqq_group(bfqq);
4118
4119                 bfqg_stats_update_avg_queue_size(bfqg);
4120                 bfqg_stats_set_start_empty_time(bfqg);
4121                 bfqg_stats_update_io_remove(bfqg, rq->cmd_flags);
4122         }
4123         spin_unlock_irq(q->queue_lock);
4124 }
4125 #else
4126 static inline void bfq_update_dispatch_stats(struct request_queue *q,
4127                                              struct request *rq,
4128                                              struct bfq_queue *in_serv_queue,
4129                                              bool idle_timer_disabled) {}
4130 #endif
4131
4132 static struct request *bfq_dispatch_request(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
4133 {
4134         struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
4135         struct request *rq;
4136         struct bfq_queue *in_serv_queue;
4137         bool waiting_rq, idle_timer_disabled = false;
4138
4139         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
4140
4141         in_serv_queue = bfqd->in_service_queue;
4142         waiting_rq = in_serv_queue && bfq_bfqq_wait_request(in_serv_queue);
4143
4144         rq = __bfq_dispatch_request(hctx);
4145         if (in_serv_queue == bfqd->in_service_queue) {
4146                 idle_timer_disabled =
4147                         waiting_rq && !bfq_bfqq_wait_request(in_serv_queue);
4148         }
4149
4150         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
4151         bfq_update_dispatch_stats(hctx->queue, rq,
4152                         idle_timer_disabled ? in_serv_queue : NULL,
4153                                 idle_timer_disabled);
4154
4155         return rq;
4156 }
4157
4158 /*
4159  * Task holds one reference to the queue, dropped when task exits.  Each rq
4160  * in-flight on this queue also holds a reference, dropped when rq is freed.
4161  *
4162  * Scheduler lock must be held here. Recall not to use bfqq after calling
4163  * this function on it.
4164  */
4165 void bfq_put_queue(struct bfq_queue *bfqq)
4166 {
4167 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
4168         struct bfq_group *bfqg = bfqq_group(bfqq);
4169 #endif
4170
4171         if (bfqq->bfqd)
4172                 bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "put_queue: %p %d",
4173                              bfqq, bfqq->ref);
4174
4175         bfqq->ref--;
4176         if (bfqq->ref)
4177                 return;
4178
4179         if (!hlist_unhashed(&bfqq->burst_list_node)) {
4180                 hlist_del_init(&bfqq->burst_list_node);
4181                 /*
4182                  * Decrement also burst size after the removal, if the
4183                  * process associated with bfqq is exiting, and thus
4184                  * does not contribute to the burst any longer. This
4185                  * decrement helps filter out false positives of large
4186                  * bursts, when some short-lived process (often due to
4187                  * the execution of commands by some service) happens
4188                  * to start and exit while a complex application is
4189                  * starting, and thus spawning several processes that
4190                  * do I/O (and that *must not* be treated as a large
4191                  * burst, see comments on bfq_handle_burst).
4192                  *
4193                  * In particular, the decrement is performed only if:
4194                  * 1) bfqq is not a merged queue, because, if it is,
4195                  * then this free of bfqq is not triggered by the exit
4196                  * of the process bfqq is associated with, but exactly
4197                  * by the fact that bfqq has just been merged.
4198                  * 2) burst_size is greater than 0, to handle
4199                  * unbalanced decrements. Unbalanced decrements may
4200                  * happen in te following case: bfqq is inserted into
4201                  * the current burst list--without incrementing
4202                  * bust_size--because of a split, but the current
4203                  * burst list is not the burst list bfqq belonged to
4204                  * (see comments on the case of a split in
4205                  * bfq_set_request).
4206                  */
4207                 if (bfqq->bic && bfqq->bfqd->burst_size > 0)
4208                         bfqq->bfqd->burst_size--;
4209         }
4210
4211         kmem_cache_free(bfq_pool, bfqq);
4212 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
4213         bfqg_and_blkg_put(bfqg);
4214 #endif
4215 }
4216
4217 static void bfq_put_cooperator(struct bfq_queue *bfqq)
4218 {
4219         struct bfq_queue *__bfqq, *next;
4220
4221         /*
4222          * If this queue was scheduled to merge with another queue, be
4223          * sure to drop the reference taken on that queue (and others in
4224          * the merge chain). See bfq_setup_merge and bfq_merge_bfqqs.
4225          */
4226         __bfqq = bfqq->new_bfqq;
4227         while (__bfqq) {
4228                 if (__bfqq == bfqq)
4229                         break;
4230                 next = __bfqq->new_bfqq;
4231                 bfq_put_queue(__bfqq);
4232                 __bfqq = next;
4233         }
4234 }
4235
4236 static void bfq_exit_bfqq(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
4237 {
4238         if (bfqq == bfqd->in_service_queue) {
4239                 __bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq);
4240                 bfq_schedule_dispatch(bfqd);
4241         }
4242
4243         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "exit_bfqq: %p, %d", bfqq, bfqq->ref);
4244
4245         bfq_put_cooperator(bfqq);
4246
4247         bfq_put_queue(bfqq); /* release process reference */
4248 }
4249
4250 static void bfq_exit_icq_bfqq(struct bfq_io_cq *bic, bool is_sync)
4251 {
4252         struct bfq_queue *bfqq = bic_to_bfqq(bic, is_sync);
4253         struct bfq_data *bfqd;
4254
4255         if (bfqq)
4256                 bfqd = bfqq->bfqd; /* NULL if scheduler already exited */
4257
4258         if (bfqq && bfqd) {
4259                 unsigned long flags;
4260
4261                 spin_lock_irqsave(&bfqd->lock, flags);
4262                 bfqq->bic = NULL;
4263                 bfq_exit_bfqq(bfqd, bfqq);
4264                 bic_set_bfqq(bic, NULL, is_sync);
4265                 spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
4266         }
4267 }
4268
4269 static void bfq_exit_icq(struct io_cq *icq)
4270 {
4271         struct bfq_io_cq *bic = icq_to_bic(icq);
4272
4273         bfq_exit_icq_bfqq(bic, true);
4274         bfq_exit_icq_bfqq(bic, false);
4275 }
4276
4277 /*
4278  * Update the entity prio values; note that the new values will not
4279  * be used until the next (re)activation.
4280  */
4281 static void
4282 bfq_set_next_ioprio_data(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_io_cq *bic)
4283 {
4284         struct task_struct *tsk = current;
4285         int ioprio_class;
4286         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
4287
4288         if (!bfqd)
4289                 return;
4290
4291         ioprio_class = IOPRIO_PRIO_CLASS(bic->ioprio);
4292         switch (ioprio_class) {
4293         default:
4294                 pr_err("bdi %s: bfq: bad prio class %d\n",
4295                                 bdi_dev_name(bfqq->bfqd->queue->backing_dev_info),
4296                                 ioprio_class);
4297                 /* fall through */
4298         case IOPRIO_CLASS_NONE:
4299                 /*
4300                  * No prio set, inherit CPU scheduling settings.
4301                  */
4302                 bfqq->new_ioprio = task_nice_ioprio(tsk);
4303                 bfqq->new_ioprio_class = task_nice_ioclass(tsk);
4304                 break;
4305         case IOPRIO_CLASS_RT:
4306                 bfqq->new_ioprio = IOPRIO_PRIO_DATA(bic->ioprio);
4307                 bfqq->new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_RT;
4308                 break;
4309         case IOPRIO_CLASS_BE:
4310                 bfqq->new_ioprio = IOPRIO_PRIO_DATA(bic->ioprio);
4311                 bfqq->new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_BE;
4312                 break;
4313         case IOPRIO_CLASS_IDLE:
4314                 bfqq->new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_IDLE;
4315                 bfqq->new_ioprio = 7;
4316                 break;
4317         }
4318
4319         if (bfqq->new_ioprio >= IOPRIO_BE_NR) {
4320                 pr_crit("bfq_set_next_ioprio_data: new_ioprio %d\n",
4321                         bfqq->new_ioprio);
4322                 bfqq->new_ioprio = IOPRIO_BE_NR - 1;
4323         }
4324
4325         bfqq->entity.new_weight = bfq_ioprio_to_weight(bfqq->new_ioprio);
4326         bfqq->entity.prio_changed = 1;
4327 }
4328
4329 static struct bfq_queue *bfq_get_queue(struct bfq_data *bfqd,
4330                                        struct bio *bio, bool is_sync,
4331                                        struct bfq_io_cq *bic);
4332
4333 static void bfq_check_ioprio_change(struct bfq_io_cq *bic, struct bio *bio)
4334 {
4335         struct bfq_data *bfqd = bic_to_bfqd(bic);
4336         struct bfq_queue *bfqq;
4337         int ioprio = bic->icq.ioc->ioprio;
4338
4339         /*
4340          * This condition may trigger on a newly created bic, be sure to
4341          * drop the lock before returning.
4342          */
4343         if (unlikely(!bfqd) || likely(bic->ioprio == ioprio))
4344                 return;
4345
4346         bic->ioprio = ioprio;
4347
4348         bfqq = bic_to_bfqq(bic, false);
4349         if (bfqq) {
4350                 /* release process reference on this queue */
4351                 bfq_put_queue(bfqq);
4352                 bfqq = bfq_get_queue(bfqd, bio, BLK_RW_ASYNC, bic);
4353                 bic_set_bfqq(bic, bfqq, false);
4354         }
4355
4356         bfqq = bic_to_bfqq(bic, true);
4357         if (bfqq)
4358                 bfq_set_next_ioprio_data(bfqq, bic);
4359 }
4360
4361 static void bfq_init_bfqq(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
4362                           struct bfq_io_cq *bic, pid_t pid, int is_sync)
4363 {
4364         RB_CLEAR_NODE(&bfqq->entity.rb_node);
4365         INIT_LIST_HEAD(&bfqq->fifo);
4366         INIT_HLIST_NODE(&bfqq->burst_list_node);
4367
4368         bfqq->ref = 0;
4369         bfqq->bfqd = bfqd;
4370
4371         if (bic)
4372                 bfq_set_next_ioprio_data(bfqq, bic);
4373
4374         if (is_sync) {
4375                 /*
4376                  * No need to mark as has_short_ttime if in
4377                  * idle_class, because no device idling is performed
4378                  * for queues in idle class
4379                  */
4380                 if (!bfq_class_idle(bfqq))
4381                         /* tentatively mark as has_short_ttime */
4382                         bfq_mark_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
4383                 bfq_mark_bfqq_sync(bfqq);
4384                 bfq_mark_bfqq_just_created(bfqq);
4385                 /*
4386                  * Aggressively inject a lot of service: up to 90%.
4387                  * This coefficient remains constant during bfqq life,
4388                  * but this behavior might be changed, after enough
4389                  * testing and tuning.
4390                  */
4391                 bfqq->inject_coeff = 1;
4392         } else
4393                 bfq_clear_bfqq_sync(bfqq);
4394
4395         /* set end request to minus infinity from now */
4396         bfqq->ttime.last_end_request = ktime_get_ns() + 1;
4397
4398         bfq_mark_bfqq_IO_bound(bfqq);
4399
4400         bfqq->pid = pid;
4401
4402         /* Tentative initial value to trade off between thr and lat */
4403         bfqq->max_budget = (2 * bfq_max_budget(bfqd)) / 3;
4404         bfqq->budget_timeout = bfq_smallest_from_now();
4405
4406         bfqq->wr_coeff = 1;
4407         bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
4408         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt = bfq_smallest_from_now();
4409         bfqq->split_time = bfq_smallest_from_now();
4410
4411         /*
4412          * To not forget the possibly high bandwidth consumed by a
4413          * process/queue in the recent past,
4414          * bfq_bfqq_softrt_next_start() returns a value at least equal
4415          * to the current value of bfqq->soft_rt_next_start (see
4416          * comments on bfq_bfqq_softrt_next_start).  Set
4417          * soft_rt_next_start to now, to mean that bfqq has consumed
4418          * no bandwidth so far.
4419          */
4420         bfqq->soft_rt_next_start = jiffies;
4421
4422         /* first request is almost certainly seeky */
4423         bfqq->seek_history = 1;
4424 }
4425
4426 static struct bfq_queue **bfq_async_queue_prio(struct bfq_data *bfqd,
4427                                                struct bfq_group *bfqg,
4428                                                int ioprio_class, int ioprio)
4429 {
4430         switch (ioprio_class) {
4431         case IOPRIO_CLASS_RT:
4432                 return &bfqg->async_bfqq[0][ioprio];
4433         case IOPRIO_CLASS_NONE:
4434                 ioprio = IOPRIO_NORM;
4435                 /* fall through */
4436         case IOPRIO_CLASS_BE:
4437                 return &bfqg->async_bfqq[1][ioprio];
4438         case IOPRIO_CLASS_IDLE:
4439                 return &bfqg->async_idle_bfqq;
4440         default:
4441                 return NULL;
4442         }
4443 }
4444
4445 static struct bfq_queue *bfq_get_queue(struct bfq_data *bfqd,
4446                                        struct bio *bio, bool is_sync,
4447                                        struct bfq_io_cq *bic)
4448 {
4449         const int ioprio = IOPRIO_PRIO_DATA(bic->ioprio);
4450         const int ioprio_class = IOPRIO_PRIO_CLASS(bic->ioprio);
4451         struct bfq_queue **async_bfqq = NULL;
4452         struct bfq_queue *bfqq;
4453         struct bfq_group *bfqg;
4454
4455         rcu_read_lock();
4456
4457         bfqg = bfq_find_set_group(bfqd, bio_blkcg(bio));
4458         if (!bfqg) {
4459                 bfqq = &bfqd->oom_bfqq;
4460                 goto out;
4461         }
4462
4463         if (!is_sync) {
4464                 async_bfqq = bfq_async_queue_prio(bfqd, bfqg, ioprio_class,
4465                                                   ioprio);
4466                 bfqq = *async_bfqq;
4467                 if (bfqq)
4468                         goto out;
4469         }
4470
4471         bfqq = kmem_cache_alloc_node(bfq_pool,
4472                                      GFP_NOWAIT | __GFP_ZERO | __GFP_NOWARN,
4473                                      bfqd->queue->node);
4474
4475         if (bfqq) {
4476                 bfq_init_bfqq(bfqd, bfqq, bic, current->pid,
4477                               is_sync);
4478                 bfq_init_entity(&bfqq->entity, bfqg);
4479                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "allocated");
4480         } else {
4481                 bfqq = &bfqd->oom_bfqq;
4482                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "using oom bfqq");
4483                 goto out;
4484         }
4485
4486         /*
4487          * Pin the queue now that it's allocated, scheduler exit will
4488          * prune it.
4489          */
4490         if (async_bfqq) {
4491                 bfqq->ref++; /*
4492                               * Extra group reference, w.r.t. sync
4493                               * queue. This extra reference is removed
4494                               * only if bfqq->bfqg disappears, to
4495                               * guarantee that this queue is not freed
4496                               * until its group goes away.
4497                               */
4498                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "get_queue, bfqq not in async: %p, %d",
4499                              bfqq, bfqq->ref);
4500                 *async_bfqq = bfqq;
4501         }
4502
4503 out:
4504         bfqq->ref++; /* get a process reference to this queue */
4505         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "get_queue, at end: %p, %d", bfqq, bfqq->ref);
4506         rcu_read_unlock();
4507         return bfqq;
4508 }
4509
4510 static void bfq_update_io_thinktime(struct bfq_data *bfqd,
4511                                     struct bfq_queue *bfqq)
4512 {
4513         struct bfq_ttime *ttime = &bfqq->ttime;
4514         u64 elapsed = ktime_get_ns() - bfqq->ttime.last_end_request;
4515
4516         elapsed = min_t(u64, elapsed, 2ULL * bfqd->bfq_slice_idle);
4517
4518         ttime->ttime_samples = (7*bfqq->ttime.ttime_samples + 256) / 8;
4519         ttime->ttime_total = div_u64(7*ttime->ttime_total + 256*elapsed,  8);
4520         ttime->ttime_mean = div64_ul(ttime->ttime_total + 128,
4521                                      ttime->ttime_samples);
4522 }
4523
4524 static void
4525 bfq_update_io_seektime(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
4526                        struct request *rq)
4527 {
4528         bfqq->seek_history <<= 1;
4529         bfqq->seek_history |=
4530                 get_sdist(bfqq->last_request_pos, rq) > BFQQ_SEEK_THR &&
4531                 (!blk_queue_nonrot(bfqd->queue) ||
4532                  blk_rq_sectors(rq) < BFQQ_SECT_THR_NONROT);
4533 }
4534
4535 static void bfq_update_has_short_ttime(struct bfq_data *bfqd,
4536                                        struct bfq_queue *bfqq,
4537                                        struct bfq_io_cq *bic)
4538 {
4539         bool has_short_ttime = true;
4540
4541         /*
4542          * No need to update has_short_ttime if bfqq is async or in
4543          * idle io prio class, or if bfq_slice_idle is zero, because
4544          * no device idling is performed for bfqq in this case.
4545          */
4546         if (!bfq_bfqq_sync(bfqq) || bfq_class_idle(bfqq) ||
4547             bfqd->bfq_slice_idle == 0)
4548                 return;
4549
4550         /* Idle window just restored, statistics are meaningless. */
4551         if (time_is_after_eq_jiffies(bfqq->split_time +
4552                                      bfqd->bfq_wr_min_idle_time))
4553                 return;
4554
4555         /* Think time is infinite if no process is linked to
4556          * bfqq. Otherwise check average think time to
4557          * decide whether to mark as has_short_ttime
4558          */
4559         if (atomic_read(&bic->icq.ioc->active_ref) == 0 ||
4560             (bfq_sample_valid(bfqq->ttime.ttime_samples) &&
4561              bfqq->ttime.ttime_mean > bfqd->bfq_slice_idle))
4562                 has_short_ttime = false;
4563
4564         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "update_has_short_ttime: has_short_ttime %d",
4565                      has_short_ttime);
4566
4567         if (has_short_ttime)
4568                 bfq_mark_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
4569         else
4570                 bfq_clear_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
4571 }
4572
4573 /*
4574  * Called when a new fs request (rq) is added to bfqq.  Check if there's
4575  * something we should do about it.
4576  */
4577 static void bfq_rq_enqueued(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
4578                             struct request *rq)
4579 {
4580         struct bfq_io_cq *bic = RQ_BIC(rq);
4581
4582         if (rq->cmd_flags & REQ_META)
4583                 bfqq->meta_pending++;
4584
4585         bfq_update_io_thinktime(bfqd, bfqq);
4586         bfq_update_has_short_ttime(bfqd, bfqq, bic);
4587         bfq_update_io_seektime(bfqd, bfqq, rq);
4588
4589         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq,
4590                      "rq_enqueued: has_short_ttime=%d (seeky %d)",
4591                      bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq), BFQQ_SEEKY(bfqq));
4592
4593         bfqq->last_request_pos = blk_rq_pos(rq) + blk_rq_sectors(rq);
4594
4595         if (bfqq == bfqd->in_service_queue && bfq_bfqq_wait_request(bfqq)) {
4596                 bool small_req = bfqq->queued[rq_is_sync(rq)] == 1 &&
4597                                  blk_rq_sectors(rq) < 32;
4598                 bool budget_timeout = bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq);
4599
4600                 /*
4601                  * There is just this request queued: if the request
4602                  * is small and the queue is not to be expired, then
4603                  * just exit.
4604                  *
4605                  * In this way, if the device is being idled to wait
4606                  * for a new request from the in-service queue, we
4607                  * avoid unplugging the device and committing the
4608                  * device to serve just a small request. On the
4609                  * contrary, we wait for the block layer to decide
4610                  * when to unplug the device: hopefully, new requests
4611                  * will be merged to this one quickly, then the device
4612                  * will be unplugged and larger requests will be
4613                  * dispatched.
4614                  */
4615                 if (small_req && !budget_timeout)
4616                         return;
4617
4618                 /*
4619                  * A large enough request arrived, or the queue is to
4620                  * be expired: in both cases disk idling is to be
4621                  * stopped, so clear wait_request flag and reset
4622                  * timer.
4623                  */
4624                 bfq_clear_bfqq_wait_request(bfqq);
4625                 hrtimer_try_to_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
4626
4627                 /*
4628                  * The queue is not empty, because a new request just
4629                  * arrived. Hence we can safely expire the queue, in
4630                  * case of budget timeout, without risking that the
4631                  * timestamps of the queue are not updated correctly.
4632                  * See [1] for more details.
4633                  */
4634                 if (budget_timeout)
4635                         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false,
4636                                         BFQQE_BUDGET_TIMEOUT);
4637         }
4638 }
4639
4640 /* returns true if it causes the idle timer to be disabled */
4641 static bool __bfq_insert_request(struct bfq_data *bfqd, struct request *rq)
4642 {
4643         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq),
4644                 *new_bfqq = bfq_setup_cooperator(bfqd, bfqq, rq, true);
4645         bool waiting, idle_timer_disabled = false;
4646
4647         if (new_bfqq) {
4648                 if (bic_to_bfqq(RQ_BIC(rq), 1) != bfqq)
4649                         new_bfqq = bic_to_bfqq(RQ_BIC(rq), 1);
4650                 /*
4651                  * Release the request's reference to the old bfqq
4652                  * and make sure one is taken to the shared queue.
4653                  */
4654                 new_bfqq->allocated++;
4655                 bfqq->allocated--;
4656                 new_bfqq->ref++;
4657                 /*
4658                  * If the bic associated with the process
4659                  * issuing this request still points to bfqq
4660                  * (and thus has not been already redirected
4661                  * to new_bfqq or even some other bfq_queue),
4662                  * then complete the merge and redirect it to
4663                  * new_bfqq.
4664                  */
4665                 if (bic_to_bfqq(RQ_BIC(rq), 1) == bfqq)
4666                         bfq_merge_bfqqs(bfqd, RQ_BIC(rq),
4667                                         bfqq, new_bfqq);
4668
4669                 bfq_clear_bfqq_just_created(bfqq);
4670                 /*
4671                  * rq is about to be enqueued into new_bfqq,
4672                  * release rq reference on bfqq
4673                  */
4674                 bfq_put_queue(bfqq);
4675                 rq->elv.priv[1] = new_bfqq;
4676                 bfqq = new_bfqq;
4677         }
4678
4679         waiting = bfqq && bfq_bfqq_wait_request(bfqq);
4680         bfq_add_request(rq);
4681         idle_timer_disabled = waiting && !bfq_bfqq_wait_request(bfqq);
4682
4683         rq->fifo_time = ktime_get_ns() + bfqd->bfq_fifo_expire[rq_is_sync(rq)];
4684         list_add_tail(&rq->queuelist, &bfqq->fifo);
4685
4686         bfq_rq_enqueued(bfqd, bfqq, rq);
4687
4688         return idle_timer_disabled;
4689 }
4690
4691 #if defined(CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED) && defined(CONFIG_DEBUG_BLK_CGROUP)
4692 static void bfq_update_insert_stats(struct request_queue *q,
4693                                     struct bfq_queue *bfqq,
4694                                     bool idle_timer_disabled,
4695                                     unsigned int cmd_flags)
4696 {
4697         if (!bfqq)
4698                 return;
4699
4700         /*
4701          * bfqq still exists, because it can disappear only after
4702          * either it is merged with another queue, or the process it
4703          * is associated with exits. But both actions must be taken by
4704          * the same process currently executing this flow of
4705          * instructions.
4706          *
4707          * In addition, the following queue lock guarantees that
4708          * bfqq_group(bfqq) exists as well.
4709          */
4710         spin_lock_irq(q->queue_lock);
4711         bfqg_stats_update_io_add(bfqq_group(bfqq), bfqq, cmd_flags);
4712         if (idle_timer_disabled)
4713                 bfqg_stats_update_idle_time(bfqq_group(bfqq));
4714         spin_unlock_irq(q->queue_lock);
4715 }
4716 #else
4717 static inline void bfq_update_insert_stats(struct request_queue *q,
4718                                            struct bfq_queue *bfqq,
4719                                            bool idle_timer_disabled,
4720                                            unsigned int cmd_flags) {}
4721 #endif
4722
4723 static void bfq_insert_request(struct blk_mq_hw_ctx *hctx, struct request *rq,
4724                                bool at_head)
4725 {
4726         struct request_queue *q = hctx->queue;
4727         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
4728         struct bfq_queue *bfqq;
4729         bool idle_timer_disabled = false;
4730         unsigned int cmd_flags;
4731
4732         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
4733         if (blk_mq_sched_try_insert_merge(q, rq)) {
4734                 spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
4735                 return;
4736         }
4737
4738         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
4739
4740         blk_mq_sched_request_inserted(rq);
4741
4742         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
4743         bfqq = bfq_init_rq(rq);
4744         if (!bfqq || at_head || blk_rq_is_passthrough(rq)) {
4745                 if (at_head)
4746                         list_add(&rq->queuelist, &bfqd->dispatch);
4747                 else
4748                         list_add_tail(&rq->queuelist, &bfqd->dispatch);
4749         } else {
4750                 idle_timer_disabled = __bfq_insert_request(bfqd, rq);
4751                 /*
4752                  * Update bfqq, because, if a queue merge has occurred
4753                  * in __bfq_insert_request, then rq has been
4754                  * redirected into a new queue.
4755                  */
4756                 bfqq = RQ_BFQQ(rq);
4757
4758                 if (rq_mergeable(rq)) {
4759                         elv_rqhash_add(q, rq);
4760                         if (!q->last_merge)
4761                                 q->last_merge = rq;
4762                 }
4763         }
4764
4765         /*
4766          * Cache cmd_flags before releasing scheduler lock, because rq
4767          * may disappear afterwards (for example, because of a request
4768          * merge).
4769          */
4770         cmd_flags = rq->cmd_flags;
4771
4772         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
4773
4774         bfq_update_insert_stats(q, bfqq, idle_timer_disabled,
4775                                 cmd_flags);
4776 }
4777
4778 static void bfq_insert_requests(struct blk_mq_hw_ctx *hctx,
4779                                 struct list_head *list, bool at_head)
4780 {
4781         while (!list_empty(list)) {
4782                 struct request *rq;
4783
4784                 rq = list_first_entry(list, struct request, queuelist);
4785                 list_del_init(&rq->queuelist);
4786                 bfq_insert_request(hctx, rq, at_head);
4787         }
4788 }
4789
4790 static void bfq_update_hw_tag(struct bfq_data *bfqd)
4791 {
4792         bfqd->max_rq_in_driver = max_t(int, bfqd->max_rq_in_driver,
4793                                        bfqd->rq_in_driver);
4794
4795         if (bfqd->hw_tag == 1)
4796                 return;
4797
4798         /*
4799          * This sample is valid if the number of outstanding requests
4800          * is large enough to allow a queueing behavior.  Note that the
4801          * sum is not exact, as it's not taking into account deactivated
4802          * requests.
4803          */
4804         if (bfqd->rq_in_driver + bfqd->queued < BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD)
4805                 return;
4806
4807         if (bfqd->hw_tag_samples++ < BFQ_HW_QUEUE_SAMPLES)
4808                 return;
4809
4810         bfqd->hw_tag = bfqd->max_rq_in_driver > BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD;
4811         bfqd->max_rq_in_driver = 0;
4812         bfqd->hw_tag_samples = 0;
4813 }
4814
4815 static void bfq_completed_request(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_data *bfqd)
4816 {
4817         u64 now_ns;
4818         u32 delta_us;
4819
4820         bfq_update_hw_tag(bfqd);
4821
4822         bfqd->rq_in_driver--;
4823         bfqq->dispatched--;
4824
4825         if (!bfqq->dispatched && !bfq_bfqq_busy(bfqq)) {
4826                 /*
4827                  * Set budget_timeout (which we overload to store the
4828                  * time at which the queue remains with no backlog and
4829                  * no outstanding request; used by the weight-raising
4830                  * mechanism).
4831                  */
4832                 bfqq->budget_timeout = jiffies;
4833
4834                 bfq_weights_tree_remove(bfqd, bfqq);
4835         }
4836
4837         now_ns = ktime_get_ns();
4838
4839         bfqq->ttime.last_end_request = now_ns;
4840
4841         /*
4842          * Using us instead of ns, to get a reasonable precision in
4843          * computing rate in next check.
4844          */
4845         delta_us = div_u64(now_ns - bfqd->last_completion, NSEC_PER_USEC);
4846
4847         /*
4848          * If the request took rather long to complete, and, according
4849          * to the maximum request size recorded, this completion latency
4850          * implies that the request was certainly served at a very low
4851          * rate (less than 1M sectors/sec), then the whole observation
4852          * interval that lasts up to this time instant cannot be a
4853          * valid time interval for computing a new peak rate.  Invoke
4854          * bfq_update_rate_reset to have the following three steps
4855          * taken:
4856          * - close the observation interval at the last (previous)
4857          *   request dispatch or completion
4858          * - compute rate, if possible, for that observation interval
4859          * - reset to zero samples, which will trigger a proper
4860          *   re-initialization of the observation interval on next
4861          *   dispatch
4862          */
4863         if (delta_us > BFQ_MIN_TT/NSEC_PER_USEC &&
4864            (bfqd->last_rq_max_size<<BFQ_RATE_SHIFT)/delta_us <
4865                         1UL<<(BFQ_RATE_SHIFT - 10))
4866                 bfq_update_rate_reset(bfqd, NULL);
4867         bfqd->last_completion = now_ns;
4868
4869         /*
4870          * If we are waiting to discover whether the request pattern
4871          * of the task associated with the queue is actually
4872          * isochronous, and both requisites for this condition to hold
4873          * are now satisfied, then compute soft_rt_next_start (see the
4874          * comments on the function bfq_bfqq_softrt_next_start()). We
4875          * schedule this delayed check when bfqq expires, if it still
4876          * has in-flight requests.
4877          */
4878         if (bfq_bfqq_softrt_update(bfqq) && bfqq->dispatched == 0 &&
4879             RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list))
4880                 bfqq->soft_rt_next_start =
4881                         bfq_bfqq_softrt_next_start(bfqd, bfqq);
4882
4883         /*
4884          * If this is the in-service queue, check if it needs to be expired,
4885          * or if we want to idle in case it has no pending requests.
4886          */
4887         if (bfqd->in_service_queue == bfqq) {
4888                 if (bfq_bfqq_must_idle(bfqq)) {
4889                         if (bfqq->dispatched == 0)
4890                                 bfq_arm_slice_timer(bfqd);
4891                         /*
4892                          * If we get here, we do not expire bfqq, even
4893                          * if bfqq was in budget timeout or had no
4894                          * more requests (as controlled in the next
4895                          * conditional instructions). The reason for
4896                          * not expiring bfqq is as follows.
4897                          *
4898                          * Here bfqq->dispatched > 0 holds, but
4899                          * bfq_bfqq_must_idle() returned true. This
4900                          * implies that, even if no request arrives
4901                          * for bfqq before bfqq->dispatched reaches 0,
4902                          * bfqq will, however, not be expired on the
4903                          * completion event that causes bfqq->dispatch
4904                          * to reach zero. In contrast, on this event,
4905                          * bfqq will start enjoying device idling
4906                          * (I/O-dispatch plugging).
4907                          *
4908                          * But, if we expired bfqq here, bfqq would
4909                          * not have the chance to enjoy device idling
4910                          * when bfqq->dispatched finally reaches
4911                          * zero. This would expose bfqq to violation
4912                          * of its reserved service guarantees.
4913                          */
4914                         return;
4915                 } else if (bfq_may_expire_for_budg_timeout(bfqq))
4916                         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false,
4917                                         BFQQE_BUDGET_TIMEOUT);
4918                 else if (RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) &&
4919                          (bfqq->dispatched == 0 ||
4920                           !bfq_better_to_idle(bfqq)))
4921                         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false,
4922                                         BFQQE_NO_MORE_REQUESTS);
4923         }
4924
4925         if (!bfqd->rq_in_driver)
4926                 bfq_schedule_dispatch(bfqd);
4927 }
4928
4929 static void bfq_finish_requeue_request_body(struct bfq_queue *bfqq)
4930 {
4931         bfqq->allocated--;
4932
4933         bfq_put_queue(bfqq);
4934 }
4935
4936 /*
4937  * Handle either a requeue or a finish for rq. The things to do are
4938  * the same in both cases: all references to rq are to be dropped. In
4939  * particular, rq is considered completed from the point of view of
4940  * the scheduler.
4941  */
4942 static void bfq_finish_requeue_request(struct request *rq)
4943 {
4944         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
4945         struct bfq_data *bfqd;
4946
4947         /*
4948          * Requeue and finish hooks are invoked in blk-mq without
4949          * checking whether the involved request is actually still
4950          * referenced in the scheduler. To handle this fact, the
4951          * following two checks make this function exit in case of
4952          * spurious invocations, for which there is nothing to do.
4953          *
4954          * First, check whether rq has nothing to do with an elevator.
4955          */
4956         if (unlikely(!(rq->rq_flags & RQF_ELVPRIV)))
4957                 return;
4958
4959         /*
4960          * rq either is not associated with any icq, or is an already
4961          * requeued request that has not (yet) been re-inserted into
4962          * a bfq_queue.
4963          */
4964         if (!rq->elv.icq || !bfqq)
4965                 return;
4966
4967         bfqd = bfqq->bfqd;
4968
4969         if (rq->rq_flags & RQF_STARTED)
4970                 bfqg_stats_update_completion(bfqq_group(bfqq),
4971                                              rq->start_time_ns,
4972                                              rq->io_start_time_ns,
4973                                              rq->cmd_flags);
4974
4975         if (likely(rq->rq_flags & RQF_STARTED)) {
4976                 unsigned long flags;
4977
4978                 spin_lock_irqsave(&bfqd->lock, flags);
4979
4980                 bfq_completed_request(bfqq, bfqd);
4981                 bfq_finish_requeue_request_body(bfqq);
4982
4983                 spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
4984         } else {
4985                 /*
4986                  * Request rq may be still/already in the scheduler,
4987                  * in which case we need to remove it (this should
4988                  * never happen in case of requeue). And we cannot
4989                  * defer such a check and removal, to avoid
4990                  * inconsistencies in the time interval from the end
4991                  * of this function to the start of the deferred work.
4992                  * This situation seems to occur only in process
4993                  * context, as a consequence of a merge. In the
4994                  * current version of the code, this implies that the
4995                  * lock is held.
4996                  */
4997
4998                 if (!RB_EMPTY_NODE(&rq->rb_node)) {
4999                         bfq_remove_request(rq->q, rq);
5000                         bfqg_stats_update_io_remove(bfqq_group(bfqq),
5001                                                     rq->cmd_flags);
5002                 }
5003                 bfq_finish_requeue_request_body(bfqq);
5004         }
5005
5006         /*
5007          * Reset private fields. In case of a requeue, this allows
5008          * this function to correctly do nothing if it is spuriously
5009          * invoked again on this same request (see the check at the
5010          * beginning of the function). Probably, a better general
5011          * design would be to prevent blk-mq from invoking the requeue
5012          * or finish hooks of an elevator, for a request that is not
5013          * referred by that elevator.
5014          *
5015          * Resetting the following fields would break the
5016          * request-insertion logic if rq is re-inserted into a bfq
5017          * internal queue, without a re-preparation. Here we assume
5018          * that re-insertions of requeued requests, without
5019          * re-preparation, can happen only for pass_through or at_head
5020          * requests (which are not re-inserted into bfq internal
5021          * queues).
5022          */
5023         rq->elv.priv[0] = NULL;
5024         rq->elv.priv[1] = NULL;
5025 }
5026
5027 /*
5028  * Returns NULL if a new bfqq should be allocated, or the old bfqq if this
5029  * was the last process referring to that bfqq.
5030  */
5031 static struct bfq_queue *
5032 bfq_split_bfqq(struct bfq_io_cq *bic, struct bfq_queue *bfqq)
5033 {
5034         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "splitting queue");
5035
5036         if (bfqq_process_refs(bfqq) == 1) {
5037                 bfqq->pid = current->pid;
5038                 bfq_clear_bfqq_coop(bfqq);
5039                 bfq_clear_bfqq_split_coop(bfqq);
5040                 return bfqq;
5041         }
5042
5043         bic_set_bfqq(bic, NULL, 1);
5044
5045         bfq_put_cooperator(bfqq);
5046
5047         bfq_put_queue(bfqq);
5048         return NULL;
5049 }
5050
5051 static struct bfq_queue *bfq_get_bfqq_handle_split(struct bfq_data *bfqd,
5052                                                    struct bfq_io_cq *bic,
5053                                                    struct bio *bio,
5054                                                    bool split, bool is_sync,
5055                                                    bool *new_queue)
5056 {
5057         struct bfq_queue *bfqq = bic_to_bfqq(bic, is_sync);
5058
5059         if (likely(bfqq && bfqq != &bfqd->oom_bfqq))
5060                 return bfqq;
5061
5062         if (new_queue)
5063                 *new_queue = true;
5064
5065         if (bfqq)
5066                 bfq_put_queue(bfqq);
5067         bfqq = bfq_get_queue(bfqd, bio, is_sync, bic);
5068
5069         bic_set_bfqq(bic, bfqq, is_sync);
5070         if (split && is_sync) {
5071                 if ((bic->was_in_burst_list && bfqd->large_burst) ||
5072                     bic->saved_in_large_burst)
5073                         bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq);
5074                 else {
5075                         bfq_clear_bfqq_in_large_burst(bfqq);
5076                         if (bic->was_in_burst_list)
5077                                 /*
5078                                  * If bfqq was in the current
5079                                  * burst list before being
5080                                  * merged, then we have to add
5081                                  * it back. And we do not need
5082                                  * to increase burst_size, as
5083                                  * we did not decrement
5084                                  * burst_size when we removed
5085                                  * bfqq from the burst list as
5086                                  * a consequence of a merge
5087                                  * (see comments in
5088                                  * bfq_put_queue). In this
5089                                  * respect, it would be rather
5090                                  * costly to know whether the
5091                                  * current burst list is still
5092                                  * the same burst list from
5093                                  * which bfqq was removed on
5094                                  * the merge. To avoid this
5095                                  * cost, if bfqq was in a
5096                                  * burst list, then we add
5097                                  * bfqq to the current burst
5098                                  * list without any further
5099                                  * check. This can cause
5100                                  * inappropriate insertions,
5101                                  * but rarely enough to not
5102                                  * harm the detection of large
5103                                  * bursts significantly.
5104                                  */
5105                                 hlist_add_head(&bfqq->burst_list_node,
5106                                                &bfqd->burst_list);
5107                 }
5108                 bfqq->split_time = jiffies;
5109         }
5110
5111         return bfqq;
5112 }
5113
5114 /*
5115  * Only reset private fields. The actual request preparation will be
5116  * performed by bfq_init_rq, when rq is either inserted or merged. See
5117  * comments on bfq_init_rq for the reason behind this delayed
5118  * preparation.
5119  */
5120 static void bfq_prepare_request(struct request *rq, struct bio *bio)
5121 {
5122         /*
5123          * Regardless of whether we have an icq attached, we have to
5124          * clear the scheduler pointers, as they might point to
5125          * previously allocated bic/bfqq structs.
5126          */
5127         rq->elv.priv[0] = rq->elv.priv[1] = NULL;
5128 }
5129
5130 /*
5131  * If needed, init rq, allocate bfq data structures associated with
5132  * rq, and increment reference counters in the destination bfq_queue
5133  * for rq. Return the destination bfq_queue for rq, or NULL is rq is
5134  * not associated with any bfq_queue.
5135  *
5136  * This function is invoked by the functions that perform rq insertion
5137  * or merging. One may have expected the above preparation operations
5138  * to be performed in bfq_prepare_request, and not delayed to when rq
5139  * is inserted or merged. The rationale behind this delayed
5140  * preparation is that, after the prepare_request hook is invoked for
5141  * rq, rq may still be transformed into a request with no icq, i.e., a
5142  * request not associated with any queue. No bfq hook is invoked to
5143  * signal this tranformation. As a consequence, should these
5144  * preparation operations be performed when the prepare_request hook
5145  * is invoked, and should rq be transformed one moment later, bfq
5146  * would end up in an inconsistent state, because it would have
5147  * incremented some queue counters for an rq destined to
5148  * transformation, without any chance to correctly lower these
5149  * counters back. In contrast, no transformation can still happen for
5150  * rq after rq has been inserted or merged. So, it is safe to execute
5151  * these preparation operations when rq is finally inserted or merged.
5152  */
5153 static struct bfq_queue *bfq_init_rq(struct request *rq)
5154 {
5155         struct request_queue *q = rq->q;
5156         struct bio *bio = rq->bio;
5157         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
5158         struct bfq_io_cq *bic;
5159         const int is_sync = rq_is_sync(rq);
5160         struct bfq_queue *bfqq;
5161         bool new_queue = false;
5162         bool bfqq_already_existing = false, split = false;
5163
5164         if (unlikely(!rq->elv.icq))
5165                 return NULL;
5166
5167         /*
5168          * Assuming that elv.priv[1] is set only if everything is set
5169          * for this rq. This holds true, because this function is
5170          * invoked only for insertion or merging, and, after such
5171          * events, a request cannot be manipulated any longer before
5172          * being removed from bfq.
5173          */
5174         if (rq->elv.priv[1])
5175                 return rq->elv.priv[1];
5176
5177         bic = icq_to_bic(rq->elv.icq);
5178
5179         bfq_check_ioprio_change(bic, bio);
5180
5181         bfq_bic_update_cgroup(bic, bio);
5182
5183         bfqq = bfq_get_bfqq_handle_split(bfqd, bic, bio, false, is_sync,
5184                                          &new_queue);
5185
5186         if (likely(!new_queue)) {
5187                 /* If the queue was seeky for too long, break it apart. */
5188                 if (bfq_bfqq_coop(bfqq) && bfq_bfqq_split_coop(bfqq)) {
5189                         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "breaking apart bfqq");
5190
5191                         /* Update bic before losing reference to bfqq */
5192                         if (bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq))
5193                                 bic->saved_in_large_burst = true;
5194
5195                         bfqq = bfq_split_bfqq(bic, bfqq);
5196                         split = true;
5197
5198                         if (!bfqq)
5199                                 bfqq = bfq_get_bfqq_handle_split(bfqd, bic, bio,
5200                                                                  true, is_sync,
5201                                                                  NULL);
5202                         else
5203                                 bfqq_already_existing = true;
5204                 }
5205         }
5206
5207         bfqq->allocated++;
5208         bfqq->ref++;
5209         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "get_request %p: bfqq %p, %d",
5210                      rq, bfqq, bfqq->ref);
5211
5212         rq->elv.priv[0] = bic;
5213         rq->elv.priv[1] = bfqq;
5214
5215         /*
5216          * If a bfq_queue has only one process reference, it is owned
5217          * by only this bic: we can then set bfqq->bic = bic. in
5218          * addition, if the queue has also just been split, we have to
5219          * resume its state.
5220          */
5221         if (likely(bfqq != &bfqd->oom_bfqq) && bfqq_process_refs(bfqq) == 1) {
5222                 bfqq->bic = bic;
5223                 if (split) {
5224                         /*
5225                          * The queue has just been split from a shared
5226                          * queue: restore the idle window and the
5227                          * possible weight raising period.
5228                          */
5229                         bfq_bfqq_resume_state(bfqq, bfqd, bic,
5230                                               bfqq_already_existing);
5231                 }
5232         }
5233
5234         if (unlikely(bfq_bfqq_just_created(bfqq)))
5235                 bfq_handle_burst(bfqd, bfqq);
5236
5237         return bfqq;
5238 }
5239
5240 static void
5241 bfq_idle_slice_timer_body(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
5242 {
5243         enum bfqq_expiration reason;
5244         unsigned long flags;
5245
5246         spin_lock_irqsave(&bfqd->lock, flags);
5247
5248         /*
5249          * Considering that bfqq may be in race, we should firstly check
5250          * whether bfqq is in service before doing something on it. If
5251          * the bfqq in race is not in service, it has already been expired
5252          * through __bfq_bfqq_expire func and its wait_request flags has
5253          * been cleared in __bfq_bfqd_reset_in_service func.
5254          */
5255         if (bfqq != bfqd->in_service_queue) {
5256                 spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
5257                 return;
5258         }
5259
5260         bfq_clear_bfqq_wait_request(bfqq);
5261
5262         if (bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq))
5263                 /*
5264                  * Also here the queue can be safely expired
5265                  * for budget timeout without wasting
5266                  * guarantees
5267                  */
5268                 reason = BFQQE_BUDGET_TIMEOUT;
5269         else if (bfqq->queued[0] == 0 && bfqq->queued[1] == 0)
5270                 /*
5271                  * The queue may not be empty upon timer expiration,
5272                  * because we may not disable the timer when the
5273                  * first request of the in-service queue arrives
5274                  * during disk idling.
5275                  */
5276                 reason = BFQQE_TOO_IDLE;
5277         else
5278                 goto schedule_dispatch;
5279
5280         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, true, reason);
5281
5282 schedule_dispatch:
5283         bfq_schedule_dispatch(bfqd);
5284         spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
5285 }
5286
5287 /*
5288  * Handler of the expiration of the timer running if the in-service queue
5289  * is idling inside its time slice.
5290  */
5291 static enum hrtimer_restart bfq_idle_slice_timer(struct hrtimer *timer)
5292 {
5293         struct bfq_data *bfqd = container_of(timer, struct bfq_data,
5294                                              idle_slice_timer);
5295         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->in_service_queue;
5296
5297         /*
5298          * Theoretical race here: the in-service queue can be NULL or
5299          * different from the queue that was idling if a new request
5300          * arrives for the current queue and there is a full dispatch
5301          * cycle that changes the in-service queue.  This can hardly
5302          * happen, but in the worst case we just expire a queue too
5303          * early.
5304          */
5305         if (bfqq)
5306                 bfq_idle_slice_timer_body(bfqd, bfqq);
5307
5308         return HRTIMER_NORESTART;
5309 }
5310
5311 static void __bfq_put_async_bfqq(struct bfq_data *bfqd,
5312                                  struct bfq_queue **bfqq_ptr)
5313 {
5314         struct bfq_queue *bfqq = *bfqq_ptr;
5315
5316         bfq_log(bfqd, "put_async_bfqq: %p", bfqq);
5317         if (bfqq) {
5318                 bfq_bfqq_move(bfqd, bfqq, bfqd->root_group);
5319
5320                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "put_async_bfqq: putting %p, %d",
5321                              bfqq, bfqq->ref);
5322                 bfq_put_queue(bfqq);
5323                 *bfqq_ptr = NULL;
5324         }
5325 }
5326
5327 /*
5328  * Release all the bfqg references to its async queues.  If we are
5329  * deallocating the group these queues may still contain requests, so
5330  * we reparent them to the root cgroup (i.e., the only one that will
5331  * exist for sure until all the requests on a device are gone).
5332  */
5333 void bfq_put_async_queues(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_group *bfqg)
5334 {
5335         int i, j;
5336
5337         for (i = 0; i < 2; i++)
5338                 for (j = 0; j < IOPRIO_BE_NR; j++)
5339                         __bfq_put_async_bfqq(bfqd, &bfqg->async_bfqq[i][j]);
5340
5341         __bfq_put_async_bfqq(bfqd, &bfqg->async_idle_bfqq);
5342 }
5343
5344 /*
5345  * See the comments on bfq_limit_depth for the purpose of
5346  * the depths set in the function. Return minimum shallow depth we'll use.
5347  */
5348 static unsigned int bfq_update_depths(struct bfq_data *bfqd,
5349                                       struct sbitmap_queue *bt)
5350 {
5351         unsigned int i, j, min_shallow = UINT_MAX;
5352
5353         /*
5354          * In-word depths if no bfq_queue is being weight-raised:
5355          * leaving 25% of tags only for sync reads.
5356          *
5357          * In next formulas, right-shift the value
5358          * (1U<<bt->sb.shift), instead of computing directly
5359          * (1U<<(bt->sb.shift - something)), to be robust against
5360          * any possible value of bt->sb.shift, without having to
5361          * limit 'something'.
5362          */
5363         /* no more than 50% of tags for async I/O */
5364         bfqd->word_depths[0][0] = max((1U << bt->sb.shift) >> 1, 1U);
5365         /*
5366          * no more than 75% of tags for sync writes (25% extra tags
5367          * w.r.t. async I/O, to prevent async I/O from starving sync
5368          * writes)
5369          */
5370         bfqd->word_depths[0][1] = max(((1U << bt->sb.shift) * 3) >> 2, 1U);
5371
5372         /*
5373          * In-word depths in case some bfq_queue is being weight-
5374          * raised: leaving ~63% of tags for sync reads. This is the
5375          * highest percentage for which, in our tests, application
5376          * start-up times didn't suffer from any regression due to tag
5377          * shortage.
5378          */
5379         /* no more than ~18% of tags for async I/O */
5380         bfqd->word_depths[1][0] = max(((1U << bt->sb.shift) * 3) >> 4, 1U);
5381         /* no more than ~37% of tags for sync writes (~20% extra tags) */
5382         bfqd->word_depths[1][1] = max(((1U << bt->sb.shift) * 6) >> 4, 1U);
5383
5384         for (i = 0; i < 2; i++)
5385                 for (j = 0; j < 2; j++)
5386                         min_shallow = min(min_shallow, bfqd->word_depths[i][j]);
5387
5388         return min_shallow;
5389 }
5390
5391 static void bfq_depth_updated(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
5392 {
5393         struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
5394         struct blk_mq_tags *tags = hctx->sched_tags;
5395         unsigned int min_shallow;
5396
5397         min_shallow = bfq_update_depths(bfqd, &tags->bitmap_tags);
5398         sbitmap_queue_min_shallow_depth(&tags->bitmap_tags, min_shallow);
5399 }
5400
5401 static int bfq_init_hctx(struct blk_mq_hw_ctx *hctx, unsigned int index)
5402 {
5403         bfq_depth_updated(hctx);
5404         return 0;
5405 }
5406
5407 static void bfq_exit_queue(struct elevator_queue *e)
5408 {
5409         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
5410         struct bfq_queue *bfqq, *n;
5411
5412         hrtimer_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
5413
5414         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
5415         list_for_each_entry_safe(bfqq, n, &bfqd->idle_list, bfqq_list)
5416                 bfq_deactivate_bfqq(bfqd, bfqq, false, false);
5417         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
5418
5419         hrtimer_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
5420
5421 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
5422         /* release oom-queue reference to root group */
5423         bfqg_and_blkg_put(bfqd->root_group);
5424
5425         blkcg_deactivate_policy(bfqd->queue, &blkcg_policy_bfq);
5426 #else
5427         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
5428         bfq_put_async_queues(bfqd, bfqd->root_group);
5429         kfree(bfqd->root_group);
5430         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
5431 #endif
5432
5433         wbt_enable_default(bfqd->queue);
5434
5435         kfree(bfqd);
5436 }
5437
5438 static void bfq_init_root_group(struct bfq_group *root_group,
5439                                 struct bfq_data *bfqd)
5440 {
5441         int i;
5442
5443 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
5444         root_group->entity.parent = NULL;
5445         root_group->my_entity = NULL;
5446         root_group->bfqd = bfqd;
5447 #endif
5448         root_group->rq_pos_tree = RB_ROOT;
5449         for (i = 0; i < BFQ_IOPRIO_CLASSES; i++)
5450                 root_group->sched_data.service_tree[i] = BFQ_SERVICE_TREE_INIT;
5451         root_group->sched_data.bfq_class_idle_last_service = jiffies;
5452 }
5453
5454 static int bfq_init_queue(struct request_queue *q, struct elevator_type *e)
5455 {
5456         struct bfq_data *bfqd;
5457         struct elevator_queue *eq;
5458
5459         eq = elevator_alloc(q, e);
5460         if (!eq)
5461                 return -ENOMEM;
5462
5463         bfqd = kzalloc_node(sizeof(*bfqd), GFP_KERNEL, q->node);
5464         if (!bfqd) {
5465                 kobject_put(&eq->kobj);
5466                 return -ENOMEM;
5467         }
5468         eq->elevator_data = bfqd;
5469
5470         spin_lock_irq(q->queue_lock);
5471         q->elevator = eq;
5472         spin_unlock_irq(q->queue_lock);
5473
5474         /*
5475          * Our fallback bfqq if bfq_find_alloc_queue() runs into OOM issues.
5476          * Grab a permanent reference to it, so that the normal code flow
5477          * will not attempt to free it.
5478          */
5479         bfq_init_bfqq(bfqd, &bfqd->oom_bfqq, NULL, 1, 0);
5480         bfqd->oom_bfqq.ref++;
5481         bfqd->oom_bfqq.new_ioprio = BFQ_DEFAULT_QUEUE_IOPRIO;
5482         bfqd->oom_bfqq.new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_BE;
5483         bfqd->oom_bfqq.entity.new_weight =
5484                 bfq_ioprio_to_weight(bfqd->oom_bfqq.new_ioprio);
5485
5486         /* oom_bfqq does not participate to bursts */
5487         bfq_clear_bfqq_just_created(&bfqd->oom_bfqq);
5488
5489         /*
5490          * Trigger weight initialization, according to ioprio, at the
5491          * oom_bfqq's first activation. The oom_bfqq's ioprio and ioprio
5492          * class won't be changed any more.
5493          */
5494         bfqd->oom_bfqq.entity.prio_changed = 1;
5495
5496         bfqd->queue = q;
5497
5498         INIT_LIST_HEAD(&bfqd->dispatch);
5499
5500         hrtimer_init(&bfqd->idle_slice_timer, CLOCK_MONOTONIC,
5501                      HRTIMER_MODE_REL);
5502         bfqd->idle_slice_timer.function = bfq_idle_slice_timer;
5503
5504         bfqd->queue_weights_tree = RB_ROOT;
5505         bfqd->num_groups_with_pending_reqs = 0;
5506
5507         INIT_LIST_HEAD(&bfqd->active_list);
5508         INIT_LIST_HEAD(&bfqd->idle_list);
5509         INIT_HLIST_HEAD(&bfqd->burst_list);
5510
5511         bfqd->hw_tag = -1;
5512
5513         bfqd->bfq_max_budget = bfq_default_max_budget;
5514
5515         bfqd->bfq_fifo_expire[0] = bfq_fifo_expire[0];
5516         bfqd->bfq_fifo_expire[1] = bfq_fifo_expire[1];
5517         bfqd->bfq_back_max = bfq_back_max;
5518         bfqd->bfq_back_penalty = bfq_back_penalty;
5519         bfqd->bfq_slice_idle = bfq_slice_idle;
5520         bfqd->bfq_timeout = bfq_timeout;
5521
5522         bfqd->bfq_requests_within_timer = 120;
5523
5524         bfqd->bfq_large_burst_thresh = 8;
5525         bfqd->bfq_burst_interval = msecs_to_jiffies(180);
5526
5527         bfqd->low_latency = true;
5528
5529         /*
5530          * Trade-off between responsiveness and fairness.
5531          */
5532         bfqd->bfq_wr_coeff = 30;
5533         bfqd->bfq_wr_rt_max_time = msecs_to_jiffies(300);
5534         bfqd->bfq_wr_max_time = 0;
5535         bfqd->bfq_wr_min_idle_time = msecs_to_jiffies(2000);
5536         bfqd->bfq_wr_min_inter_arr_async = msecs_to_jiffies(500);
5537         bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate = 7000; /*
5538                                               * Approximate rate required
5539                                               * to playback or record a
5540                                               * high-definition compressed
5541                                               * video.
5542                                               */
5543         bfqd->wr_busy_queues = 0;
5544
5545         /*
5546          * Begin by assuming, optimistically, that the device peak
5547          * rate is equal to 2/3 of the highest reference rate.
5548          */
5549         bfqd->rate_dur_prod = ref_rate[blk_queue_nonrot(bfqd->queue)] *
5550                 ref_wr_duration[blk_queue_nonrot(bfqd->queue)];
5551         bfqd->peak_rate = ref_rate[blk_queue_nonrot(bfqd->queue)] * 2 / 3;
5552
5553         spin_lock_init(&bfqd->lock);
5554
5555         /*
5556          * The invocation of the next bfq_create_group_hierarchy
5557          * function is the head of a chain of function calls
5558          * (bfq_create_group_hierarchy->blkcg_activate_policy->
5559          * blk_mq_freeze_queue) that may lead to the invocation of the
5560          * has_work hook function. For this reason,
5561          * bfq_create_group_hierarchy is invoked only after all
5562          * scheduler data has been initialized, apart from the fields
5563          * that can be initialized only after invoking
5564          * bfq_create_group_hierarchy. This, in particular, enables
5565          * has_work to correctly return false. Of course, to avoid
5566          * other inconsistencies, the blk-mq stack must then refrain
5567          * from invoking further scheduler hooks before this init
5568          * function is finished.
5569          */
5570         bfqd->root_group = bfq_create_group_hierarchy(bfqd, q->node);
5571         if (!bfqd->root_group)
5572                 goto out_free;
5573         bfq_init_root_group(bfqd->root_group, bfqd);
5574         bfq_init_entity(&bfqd->oom_bfqq.entity, bfqd->root_group);
5575
5576         wbt_disable_default(q);
5577         return 0;
5578
5579 out_free:
5580         kfree(bfqd);
5581         kobject_put(&eq->kobj);
5582         return -ENOMEM;
5583 }
5584
5585 static void bfq_slab_kill(void)
5586 {
5587         kmem_cache_destroy(bfq_pool);
5588 }
5589
5590 static int __init bfq_slab_setup(void)
5591 {
5592         bfq_pool = KMEM_CACHE(bfq_queue, 0);
5593         if (!bfq_pool)
5594                 return -ENOMEM;
5595         return 0;
5596 }
5597
5598 static ssize_t bfq_var_show(unsigned int var, char *page)
5599 {
5600         return sprintf(page, "%u\n", var);
5601 }
5602
5603 static int bfq_var_store(unsigned long *var, const char *page)
5604 {
5605         unsigned long new_val;
5606         int ret = kstrtoul(page, 10, &new_val);
5607
5608         if (ret)
5609                 return ret;
5610         *var = new_val;
5611         return 0;
5612 }
5613
5614 #define SHOW_FUNCTION(__FUNC, __VAR, __CONV)                            \
5615 static ssize_t __FUNC(struct elevator_queue *e, char *page)             \
5616 {                                                                       \
5617         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
5618         u64 __data = __VAR;                                             \
5619         if (__CONV == 1)                                                \
5620                 __data = jiffies_to_msecs(__data);                      \
5621         else if (__CONV == 2)                                           \
5622                 __data = div_u64(__data, NSEC_PER_MSEC);                \
5623         return bfq_var_show(__data, (page));                            \
5624 }
5625 SHOW_FUNCTION(bfq_fifo_expire_sync_show, bfqd->bfq_fifo_expire[1], 2);
5626 SHOW_FUNCTION(bfq_fifo_expire_async_show, bfqd->bfq_fifo_expire[0], 2);
5627 SHOW_FUNCTION(bfq_back_seek_max_show, bfqd->bfq_back_max, 0);
5628 SHOW_FUNCTION(bfq_back_seek_penalty_show, bfqd->bfq_back_penalty, 0);
5629 SHOW_FUNCTION(bfq_slice_idle_show, bfqd->bfq_slice_idle, 2);
5630 SHOW_FUNCTION(bfq_max_budget_show, bfqd->bfq_user_max_budget, 0);
5631 SHOW_FUNCTION(bfq_timeout_sync_show, bfqd->bfq_timeout, 1);
5632 SHOW_FUNCTION(bfq_strict_guarantees_show, bfqd->strict_guarantees, 0);
5633 SHOW_FUNCTION(bfq_low_latency_show, bfqd->low_latency, 0);
5634 #undef SHOW_FUNCTION
5635
5636 #define USEC_SHOW_FUNCTION(__FUNC, __VAR)                               \
5637 static ssize_t __FUNC(struct elevator_queue *e, char *page)             \
5638 {                                                                       \
5639         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
5640         u64 __data = __VAR;                                             \
5641         __data = div_u64(__data, NSEC_PER_USEC);                        \
5642         return bfq_var_show(__data, (page));                            \
5643 }
5644 USEC_SHOW_FUNCTION(bfq_slice_idle_us_show, bfqd->bfq_slice_idle);
5645 #undef USEC_SHOW_FUNCTION
5646
5647 #define STORE_FUNCTION(__FUNC, __PTR, MIN, MAX, __CONV)                 \
5648 static ssize_t                                                          \
5649 __FUNC(struct elevator_queue *e, const char *page, size_t count)        \
5650 {                                                                       \
5651         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
5652         unsigned long __data, __min = (MIN), __max = (MAX);             \
5653         int ret;                                                        \
5654                                                                         \
5655         ret = bfq_var_store(&__data, (page));                           \
5656         if (ret)                                                        \
5657                 return ret;                                             \
5658         if (__data < __min)                                             \
5659                 __data = __min;                                         \
5660         else if (__data > __max)                                        \
5661                 __data = __max;                                         \
5662         if (__CONV == 1)                                                \
5663                 *(__PTR) = msecs_to_jiffies(__data);                    \
5664         else if (__CONV == 2)                                           \
5665                 *(__PTR) = (u64)__data * NSEC_PER_MSEC;                 \
5666         else                                                            \
5667                 *(__PTR) = __data;                                      \
5668         return count;                                                   \
5669 }
5670 STORE_FUNCTION(bfq_fifo_expire_sync_store, &bfqd->bfq_fifo_expire[1], 1,
5671                 INT_MAX, 2);
5672 STORE_FUNCTION(bfq_fifo_expire_async_store, &bfqd->bfq_fifo_expire[0], 1,
5673                 INT_MAX, 2);
5674 STORE_FUNCTION(bfq_back_seek_max_store, &bfqd->bfq_back_max, 0, INT_MAX, 0);
5675 STORE_FUNCTION(bfq_back_seek_penalty_store, &bfqd->bfq_back_penalty, 1,
5676                 INT_MAX, 0);
5677 STORE_FUNCTION(bfq_slice_idle_store, &bfqd->bfq_slice_idle, 0, INT_MAX, 2);
5678 #undef STORE_FUNCTION
5679
5680 #define USEC_STORE_FUNCTION(__FUNC, __PTR, MIN, MAX)                    \
5681 static ssize_t __FUNC(struct elevator_queue *e, const char *page, size_t count)\
5682 {                                                                       \
5683         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
5684         unsigned long __data, __min = (MIN), __max = (MAX);             \
5685         int ret;                                                        \
5686                                                                         \
5687         ret = bfq_var_store(&__data, (page));                           \
5688         if (ret)                                                        \
5689                 return ret;                                             \
5690         if (__data < __min)                                             \
5691                 __data = __min;                                         \
5692         else if (__data > __max)                                        \
5693                 __data = __max;                                         \
5694         *(__PTR) = (u64)__data * NSEC_PER_USEC;                         \
5695         return count;                                                   \
5696 }
5697 USEC_STORE_FUNCTION(bfq_slice_idle_us_store, &bfqd->bfq_slice_idle, 0,
5698                     UINT_MAX);
5699 #undef USEC_STORE_FUNCTION
5700
5701 static ssize_t bfq_max_budget_store(struct elevator_queue *e,
5702                                     const char *page, size_t count)
5703 {
5704         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
5705         unsigned long __data;
5706         int ret;
5707
5708         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
5709         if (ret)
5710                 return ret;
5711
5712         if (__data == 0)
5713                 bfqd->bfq_max_budget = bfq_calc_max_budget(bfqd);
5714         else {
5715                 if (__data > INT_MAX)
5716                         __data = INT_MAX;
5717                 bfqd->bfq_max_budget = __data;
5718         }
5719
5720         bfqd->bfq_user_max_budget = __data;
5721
5722         return count;
5723 }
5724
5725 /*
5726  * Leaving this name to preserve name compatibility with cfq
5727  * parameters, but this timeout is used for both sync and async.
5728  */
5729 static ssize_t bfq_timeout_sync_store(struct elevator_queue *e,
5730                                       const char *page, size_t count)
5731 {
5732         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
5733         unsigned long __data;
5734         int ret;
5735
5736         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
5737         if (ret)
5738                 return ret;
5739
5740         if (__data < 1)
5741                 __data = 1;
5742         else if (__data > INT_MAX)
5743                 __data = INT_MAX;
5744
5745         bfqd->bfq_timeout = msecs_to_jiffies(__data);
5746         if (bfqd->bfq_user_max_budget == 0)
5747                 bfqd->bfq_max_budget = bfq_calc_max_budget(bfqd);
5748
5749         return count;
5750 }
5751
5752 static ssize_t bfq_strict_guarantees_store(struct elevator_queue *e,
5753                                      const char *page, size_t count)
5754 {
5755         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
5756         unsigned long __data;
5757         int ret;
5758
5759         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
5760         if (ret)
5761                 return ret;
5762
5763         if (__data > 1)
5764                 __data = 1;
5765         if (!bfqd->strict_guarantees && __data == 1
5766             && bfqd->bfq_slice_idle < 8 * NSEC_PER_MSEC)
5767                 bfqd->bfq_slice_idle = 8 * NSEC_PER_MSEC;
5768
5769         bfqd->strict_guarantees = __data;
5770
5771         return count;
5772 }
5773
5774 static ssize_t bfq_low_latency_store(struct elevator_queue *e,
5775                                      const char *page, size_t count)
5776 {
5777         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
5778         unsigned long __data;
5779         int ret;
5780
5781         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
5782         if (ret)
5783                 return ret;
5784
5785         if (__data > 1)
5786                 __data = 1;
5787         if (__data == 0 && bfqd->low_latency != 0)
5788                 bfq_end_wr(bfqd);
5789         bfqd->low_latency = __data;
5790
5791         return count;
5792 }
5793
5794 #define BFQ_ATTR(name) \
5795         __ATTR(name, 0644, bfq_##name##_show, bfq_##name##_store)
5796
5797 static struct elv_fs_entry bfq_attrs[] = {
5798         BFQ_ATTR(fifo_expire_sync),
5799         BFQ_ATTR(fifo_expire_async),
5800         BFQ_ATTR(back_seek_max),
5801         BFQ_ATTR(back_seek_penalty),
5802         BFQ_ATTR(slice_idle),
5803         BFQ_ATTR(slice_idle_us),
5804         BFQ_ATTR(max_budget),
5805         BFQ_ATTR(timeout_sync),
5806         BFQ_ATTR(strict_guarantees),
5807         BFQ_ATTR(low_latency),
5808         __ATTR_NULL
5809 };
5810
5811 static struct elevator_type iosched_bfq_mq = {
5812         .ops.mq = {
5813                 .limit_depth            = bfq_limit_depth,
5814                 .prepare_request        = bfq_prepare_request,
5815                 .requeue_request        = bfq_finish_requeue_request,
5816                 .finish_request         = bfq_finish_requeue_request,
5817                 .exit_icq               = bfq_exit_icq,
5818                 .insert_requests        = bfq_insert_requests,
5819                 .dispatch_request       = bfq_dispatch_request,
5820                 .next_request           = elv_rb_latter_request,
5821                 .former_request         = elv_rb_former_request,
5822                 .allow_merge            = bfq_allow_bio_merge,
5823                 .bio_merge              = bfq_bio_merge,
5824                 .request_merge          = bfq_request_merge,
5825                 .requests_merged        = bfq_requests_merged,
5826                 .request_merged         = bfq_request_merged,
5827                 .has_work               = bfq_has_work,
5828                 .depth_updated          = bfq_depth_updated,
5829                 .init_hctx              = bfq_init_hctx,
5830                 .init_sched             = bfq_init_queue,
5831                 .exit_sched             = bfq_exit_queue,
5832         },
5833
5834         .uses_mq =              true,
5835         .icq_size =             sizeof(struct bfq_io_cq),
5836         .icq_align =            __alignof__(struct bfq_io_cq),
5837         .elevator_attrs =       bfq_attrs,
5838         .elevator_name =        "bfq",
5839         .elevator_owner =       THIS_MODULE,
5840 };
5841 MODULE_ALIAS("bfq-iosched");
5842
5843 static int __init bfq_init(void)
5844 {
5845         int ret;
5846
5847 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
5848         ret = blkcg_policy_register(&blkcg_policy_bfq);
5849         if (ret)
5850                 return ret;
5851 #endif
5852
5853         ret = -ENOMEM;
5854         if (bfq_slab_setup())
5855                 goto err_pol_unreg;
5856
5857         /*
5858          * Times to load large popular applications for the typical
5859          * systems installed on the reference devices (see the
5860          * comments before the definition of the next
5861          * array). Actually, we use slightly lower values, as the
5862          * estimated peak rate tends to be smaller than the actual
5863          * peak rate.  The reason for this last fact is that estimates
5864          * are computed over much shorter time intervals than the long
5865          * intervals typically used for benchmarking. Why? First, to
5866          * adapt more quickly to variations. Second, because an I/O
5867          * scheduler cannot rely on a peak-rate-evaluation workload to
5868          * be run for a long time.
5869          */
5870         ref_wr_duration[0] = msecs_to_jiffies(7000); /* actually 8 sec */
5871         ref_wr_duration[1] = msecs_to_jiffies(2500); /* actually 3 sec */
5872
5873         ret = elv_register(&iosched_bfq_mq);
5874         if (ret)
5875                 goto slab_kill;
5876
5877         return 0;
5878
5879 slab_kill:
5880         bfq_slab_kill();
5881 err_pol_unreg:
5882 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
5883         blkcg_policy_unregister(&blkcg_policy_bfq);
5884 #endif
5885         return ret;
5886 }
5887
5888 static void __exit bfq_exit(void)
5889 {
5890         elv_unregister(&iosched_bfq_mq);
5891 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
5892         blkcg_policy_unregister(&blkcg_policy_bfq);
5893 #endif
5894         bfq_slab_kill();
5895 }
5896
5897 module_init(bfq_init);
5898 module_exit(bfq_exit);
5899
5900 MODULE_AUTHOR("Paolo Valente");
5901 MODULE_LICENSE("GPL");
5902 MODULE_DESCRIPTION("MQ Budget Fair Queueing I/O Scheduler");