GNU Linux-libre 4.19.264-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         if (bfqd->queued != 0) {
420                 bfq_log(bfqd, "schedule dispatch");
421                 blk_mq_run_hw_queues(bfqd->queue, true);
422         }
423 }
424
425 #define bfq_class_idle(bfqq)    ((bfqq)->ioprio_class == IOPRIO_CLASS_IDLE)
426 #define bfq_class_rt(bfqq)      ((bfqq)->ioprio_class == IOPRIO_CLASS_RT)
427
428 #define bfq_sample_valid(samples)       ((samples) > 80)
429
430 /*
431  * Lifted from AS - choose which of rq1 and rq2 that is best served now.
432  * We choose the request that is closesr to the head right now.  Distance
433  * behind the head is penalized and only allowed to a certain extent.
434  */
435 static struct request *bfq_choose_req(struct bfq_data *bfqd,
436                                       struct request *rq1,
437                                       struct request *rq2,
438                                       sector_t last)
439 {
440         sector_t s1, s2, d1 = 0, d2 = 0;
441         unsigned long back_max;
442 #define BFQ_RQ1_WRAP    0x01 /* request 1 wraps */
443 #define BFQ_RQ2_WRAP    0x02 /* request 2 wraps */
444         unsigned int wrap = 0; /* bit mask: requests behind the disk head? */
445
446         if (!rq1 || rq1 == rq2)
447                 return rq2;
448         if (!rq2)
449                 return rq1;
450
451         if (rq_is_sync(rq1) && !rq_is_sync(rq2))
452                 return rq1;
453         else if (rq_is_sync(rq2) && !rq_is_sync(rq1))
454                 return rq2;
455         if ((rq1->cmd_flags & REQ_META) && !(rq2->cmd_flags & REQ_META))
456                 return rq1;
457         else if ((rq2->cmd_flags & REQ_META) && !(rq1->cmd_flags & REQ_META))
458                 return rq2;
459
460         s1 = blk_rq_pos(rq1);
461         s2 = blk_rq_pos(rq2);
462
463         /*
464          * By definition, 1KiB is 2 sectors.
465          */
466         back_max = bfqd->bfq_back_max * 2;
467
468         /*
469          * Strict one way elevator _except_ in the case where we allow
470          * short backward seeks which are biased as twice the cost of a
471          * similar forward seek.
472          */
473         if (s1 >= last)
474                 d1 = s1 - last;
475         else if (s1 + back_max >= last)
476                 d1 = (last - s1) * bfqd->bfq_back_penalty;
477         else
478                 wrap |= BFQ_RQ1_WRAP;
479
480         if (s2 >= last)
481                 d2 = s2 - last;
482         else if (s2 + back_max >= last)
483                 d2 = (last - s2) * bfqd->bfq_back_penalty;
484         else
485                 wrap |= BFQ_RQ2_WRAP;
486
487         /* Found required data */
488
489         /*
490          * By doing switch() on the bit mask "wrap" we avoid having to
491          * check two variables for all permutations: --> faster!
492          */
493         switch (wrap) {
494         case 0: /* common case for CFQ: rq1 and rq2 not wrapped */
495                 if (d1 < d2)
496                         return rq1;
497                 else if (d2 < d1)
498                         return rq2;
499
500                 if (s1 >= s2)
501                         return rq1;
502                 else
503                         return rq2;
504
505         case BFQ_RQ2_WRAP:
506                 return rq1;
507         case BFQ_RQ1_WRAP:
508                 return rq2;
509         case BFQ_RQ1_WRAP|BFQ_RQ2_WRAP: /* both rqs wrapped */
510         default:
511                 /*
512                  * Since both rqs are wrapped,
513                  * start with the one that's further behind head
514                  * (--> only *one* back seek required),
515                  * since back seek takes more time than forward.
516                  */
517                 if (s1 <= s2)
518                         return rq1;
519                 else
520                         return rq2;
521         }
522 }
523
524 /*
525  * Async I/O can easily starve sync I/O (both sync reads and sync
526  * writes), by consuming all tags. Similarly, storms of sync writes,
527  * such as those that sync(2) may trigger, can starve sync reads.
528  * Limit depths of async I/O and sync writes so as to counter both
529  * problems.
530  */
531 static void bfq_limit_depth(unsigned int op, struct blk_mq_alloc_data *data)
532 {
533         struct bfq_data *bfqd = data->q->elevator->elevator_data;
534
535         if (op_is_sync(op) && !op_is_write(op))
536                 return;
537
538         data->shallow_depth =
539                 bfqd->word_depths[!!bfqd->wr_busy_queues][op_is_sync(op)];
540
541         bfq_log(bfqd, "[%s] wr_busy %d sync %d depth %u",
542                         __func__, bfqd->wr_busy_queues, op_is_sync(op),
543                         data->shallow_depth);
544 }
545
546 static struct bfq_queue *
547 bfq_rq_pos_tree_lookup(struct bfq_data *bfqd, struct rb_root *root,
548                      sector_t sector, struct rb_node **ret_parent,
549                      struct rb_node ***rb_link)
550 {
551         struct rb_node **p, *parent;
552         struct bfq_queue *bfqq = NULL;
553
554         parent = NULL;
555         p = &root->rb_node;
556         while (*p) {
557                 struct rb_node **n;
558
559                 parent = *p;
560                 bfqq = rb_entry(parent, struct bfq_queue, pos_node);
561
562                 /*
563                  * Sort strictly based on sector. Smallest to the left,
564                  * largest to the right.
565                  */
566                 if (sector > blk_rq_pos(bfqq->next_rq))
567                         n = &(*p)->rb_right;
568                 else if (sector < blk_rq_pos(bfqq->next_rq))
569                         n = &(*p)->rb_left;
570                 else
571                         break;
572                 p = n;
573                 bfqq = NULL;
574         }
575
576         *ret_parent = parent;
577         if (rb_link)
578                 *rb_link = p;
579
580         bfq_log(bfqd, "rq_pos_tree_lookup %llu: returning %d",
581                 (unsigned long long)sector,
582                 bfqq ? bfqq->pid : 0);
583
584         return bfqq;
585 }
586
587 static bool bfq_too_late_for_merging(struct bfq_queue *bfqq)
588 {
589         return bfqq->service_from_backlogged > 0 &&
590                 time_is_before_jiffies(bfqq->first_IO_time +
591                                        bfq_merge_time_limit);
592 }
593
594 void bfq_pos_tree_add_move(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
595 {
596         struct rb_node **p, *parent;
597         struct bfq_queue *__bfqq;
598
599         if (bfqq->pos_root) {
600                 rb_erase(&bfqq->pos_node, bfqq->pos_root);
601                 bfqq->pos_root = NULL;
602         }
603
604         /*
605          * bfqq cannot be merged any longer (see comments in
606          * bfq_setup_cooperator): no point in adding bfqq into the
607          * position tree.
608          */
609         if (bfq_too_late_for_merging(bfqq))
610                 return;
611
612         if (bfq_class_idle(bfqq))
613                 return;
614         if (!bfqq->next_rq)
615                 return;
616
617         bfqq->pos_root = &bfq_bfqq_to_bfqg(bfqq)->rq_pos_tree;
618         __bfqq = bfq_rq_pos_tree_lookup(bfqd, bfqq->pos_root,
619                         blk_rq_pos(bfqq->next_rq), &parent, &p);
620         if (!__bfqq) {
621                 rb_link_node(&bfqq->pos_node, parent, p);
622                 rb_insert_color(&bfqq->pos_node, bfqq->pos_root);
623         } else
624                 bfqq->pos_root = NULL;
625 }
626
627 /*
628  * Tell whether there are active queues with different weights or
629  * active groups.
630  */
631 static bool bfq_varied_queue_weights_or_active_groups(struct bfq_data *bfqd)
632 {
633         /*
634          * For queue weights to differ, queue_weights_tree must contain
635          * at least two nodes.
636          */
637         return (!RB_EMPTY_ROOT(&bfqd->queue_weights_tree) &&
638                 (bfqd->queue_weights_tree.rb_node->rb_left ||
639                  bfqd->queue_weights_tree.rb_node->rb_right)
640 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
641                ) ||
642                 (bfqd->num_groups_with_pending_reqs > 0
643 #endif
644                );
645 }
646
647 /*
648  * The following function returns true if every queue must receive the
649  * same share of the throughput (this condition is used when deciding
650  * whether idling may be disabled, see the comments in the function
651  * bfq_better_to_idle()).
652  *
653  * Such a scenario occurs when:
654  * 1) all active queues have the same weight,
655  * 2) all active groups at the same level in the groups tree have the same
656  *    weight,
657  * 3) all active groups at the same level in the groups tree have the same
658  *    number of children.
659  *
660  * Unfortunately, keeping the necessary state for evaluating exactly
661  * the last two symmetry sub-conditions above would be quite complex
662  * and time consuming.  Therefore this function evaluates, instead,
663  * only the following stronger two sub-conditions, for which it is
664  * much easier to maintain the needed state:
665  * 1) all active queues have the same weight,
666  * 2) there are no active groups.
667  * In particular, the last condition is always true if hierarchical
668  * support or the cgroups interface are not enabled, thus no state
669  * needs to be maintained in this case.
670  */
671 static bool bfq_symmetric_scenario(struct bfq_data *bfqd)
672 {
673         return !bfq_varied_queue_weights_or_active_groups(bfqd);
674 }
675
676 /*
677  * If the weight-counter tree passed as input contains no counter for
678  * the weight of the input queue, then add that counter; otherwise just
679  * increment the existing counter.
680  *
681  * Note that weight-counter trees contain few nodes in mostly symmetric
682  * scenarios. For example, if all queues have the same weight, then the
683  * weight-counter tree for the queues may contain at most one node.
684  * This holds even if low_latency is on, because weight-raised queues
685  * are not inserted in the tree.
686  * In most scenarios, the rate at which nodes are created/destroyed
687  * should be low too.
688  */
689 void bfq_weights_tree_add(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
690                           struct rb_root *root)
691 {
692         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
693         struct rb_node **new = &(root->rb_node), *parent = NULL;
694
695         /*
696          * Do not insert if the queue is already associated with a
697          * counter, which happens if:
698          *   1) a request arrival has caused the queue to become both
699          *      non-weight-raised, and hence change its weight, and
700          *      backlogged; in this respect, each of the two events
701          *      causes an invocation of this function,
702          *   2) this is the invocation of this function caused by the
703          *      second event. This second invocation is actually useless,
704          *      and we handle this fact by exiting immediately. More
705          *      efficient or clearer solutions might possibly be adopted.
706          */
707         if (bfqq->weight_counter)
708                 return;
709
710         while (*new) {
711                 struct bfq_weight_counter *__counter = container_of(*new,
712                                                 struct bfq_weight_counter,
713                                                 weights_node);
714                 parent = *new;
715
716                 if (entity->weight == __counter->weight) {
717                         bfqq->weight_counter = __counter;
718                         goto inc_counter;
719                 }
720                 if (entity->weight < __counter->weight)
721                         new = &((*new)->rb_left);
722                 else
723                         new = &((*new)->rb_right);
724         }
725
726         bfqq->weight_counter = kzalloc(sizeof(struct bfq_weight_counter),
727                                        GFP_ATOMIC);
728
729         /*
730          * In the unlucky event of an allocation failure, we just
731          * exit. This will cause the weight of queue to not be
732          * considered in bfq_varied_queue_weights_or_active_groups,
733          * which, in its turn, causes the scenario to be deemed
734          * wrongly symmetric in case bfqq's weight would have been
735          * the only weight making the scenario asymmetric.  On the
736          * bright side, no unbalance will however occur when bfqq
737          * becomes inactive again (the invocation of this function
738          * is triggered by an activation of queue).  In fact,
739          * bfq_weights_tree_remove does nothing if
740          * !bfqq->weight_counter.
741          */
742         if (unlikely(!bfqq->weight_counter))
743                 return;
744
745         bfqq->weight_counter->weight = entity->weight;
746         rb_link_node(&bfqq->weight_counter->weights_node, parent, new);
747         rb_insert_color(&bfqq->weight_counter->weights_node, root);
748
749 inc_counter:
750         bfqq->weight_counter->num_active++;
751         bfqq->ref++;
752 }
753
754 /*
755  * Decrement the weight counter associated with the queue, and, if the
756  * counter reaches 0, remove the counter from the tree.
757  * See the comments to the function bfq_weights_tree_add() for considerations
758  * about overhead.
759  */
760 void __bfq_weights_tree_remove(struct bfq_data *bfqd,
761                                struct bfq_queue *bfqq,
762                                struct rb_root *root)
763 {
764         if (!bfqq->weight_counter)
765                 return;
766
767         bfqq->weight_counter->num_active--;
768         if (bfqq->weight_counter->num_active > 0)
769                 goto reset_entity_pointer;
770
771         rb_erase(&bfqq->weight_counter->weights_node, root);
772         kfree(bfqq->weight_counter);
773
774 reset_entity_pointer:
775         bfqq->weight_counter = NULL;
776         bfq_put_queue(bfqq);
777 }
778
779 /*
780  * Invoke __bfq_weights_tree_remove on bfqq and decrement the number
781  * of active groups for each queue's inactive parent entity.
782  */
783 void bfq_weights_tree_remove(struct bfq_data *bfqd,
784                              struct bfq_queue *bfqq)
785 {
786         struct bfq_entity *entity = bfqq->entity.parent;
787
788         for_each_entity(entity) {
789                 struct bfq_sched_data *sd = entity->my_sched_data;
790
791                 if (sd->next_in_service || sd->in_service_entity) {
792                         /*
793                          * entity is still active, because either
794                          * next_in_service or in_service_entity is not
795                          * NULL (see the comments on the definition of
796                          * next_in_service for details on why
797                          * in_service_entity must be checked too).
798                          *
799                          * As a consequence, its parent entities are
800                          * active as well, and thus this loop must
801                          * stop here.
802                          */
803                         break;
804                 }
805
806                 /*
807                  * The decrement of num_groups_with_pending_reqs is
808                  * not performed immediately upon the deactivation of
809                  * entity, but it is delayed to when it also happens
810                  * that the first leaf descendant bfqq of entity gets
811                  * all its pending requests completed. The following
812                  * instructions perform this delayed decrement, if
813                  * needed. See the comments on
814                  * num_groups_with_pending_reqs for details.
815                  */
816                 if (entity->in_groups_with_pending_reqs) {
817                         entity->in_groups_with_pending_reqs = false;
818                         bfqd->num_groups_with_pending_reqs--;
819                 }
820         }
821
822         /*
823          * Next function is invoked last, because it causes bfqq to be
824          * freed if the following holds: bfqq is not in service and
825          * has no dispatched request. DO NOT use bfqq after the next
826          * function invocation.
827          */
828         __bfq_weights_tree_remove(bfqd, bfqq,
829                                   &bfqd->queue_weights_tree);
830 }
831
832 /*
833  * Return expired entry, or NULL to just start from scratch in rbtree.
834  */
835 static struct request *bfq_check_fifo(struct bfq_queue *bfqq,
836                                       struct request *last)
837 {
838         struct request *rq;
839
840         if (bfq_bfqq_fifo_expire(bfqq))
841                 return NULL;
842
843         bfq_mark_bfqq_fifo_expire(bfqq);
844
845         rq = rq_entry_fifo(bfqq->fifo.next);
846
847         if (rq == last || ktime_get_ns() < rq->fifo_time)
848                 return NULL;
849
850         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "check_fifo: returned %p", rq);
851         return rq;
852 }
853
854 static struct request *bfq_find_next_rq(struct bfq_data *bfqd,
855                                         struct bfq_queue *bfqq,
856                                         struct request *last)
857 {
858         struct rb_node *rbnext = rb_next(&last->rb_node);
859         struct rb_node *rbprev = rb_prev(&last->rb_node);
860         struct request *next, *prev = NULL;
861
862         /* Follow expired path, else get first next available. */
863         next = bfq_check_fifo(bfqq, last);
864         if (next)
865                 return next;
866
867         if (rbprev)
868                 prev = rb_entry_rq(rbprev);
869
870         if (rbnext)
871                 next = rb_entry_rq(rbnext);
872         else {
873                 rbnext = rb_first(&bfqq->sort_list);
874                 if (rbnext && rbnext != &last->rb_node)
875                         next = rb_entry_rq(rbnext);
876         }
877
878         return bfq_choose_req(bfqd, next, prev, blk_rq_pos(last));
879 }
880
881 /* see the definition of bfq_async_charge_factor for details */
882 static unsigned long bfq_serv_to_charge(struct request *rq,
883                                         struct bfq_queue *bfqq)
884 {
885         if (bfq_bfqq_sync(bfqq) || bfqq->wr_coeff > 1)
886                 return blk_rq_sectors(rq);
887
888         return blk_rq_sectors(rq) * bfq_async_charge_factor;
889 }
890
891 /**
892  * bfq_updated_next_req - update the queue after a new next_rq selection.
893  * @bfqd: the device data the queue belongs to.
894  * @bfqq: the queue to update.
895  *
896  * If the first request of a queue changes we make sure that the queue
897  * has enough budget to serve at least its first request (if the
898  * request has grown).  We do this because if the queue has not enough
899  * budget for its first request, it has to go through two dispatch
900  * rounds to actually get it dispatched.
901  */
902 static void bfq_updated_next_req(struct bfq_data *bfqd,
903                                  struct bfq_queue *bfqq)
904 {
905         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
906         struct request *next_rq = bfqq->next_rq;
907         unsigned long new_budget;
908
909         if (!next_rq)
910                 return;
911
912         if (bfqq == bfqd->in_service_queue)
913                 /*
914                  * In order not to break guarantees, budgets cannot be
915                  * changed after an entity has been selected.
916                  */
917                 return;
918
919         new_budget = max_t(unsigned long, bfqq->max_budget,
920                            bfq_serv_to_charge(next_rq, bfqq));
921         if (entity->budget != new_budget) {
922                 entity->budget = new_budget;
923                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "updated next rq: new budget %lu",
924                                          new_budget);
925                 bfq_requeue_bfqq(bfqd, bfqq, false);
926         }
927 }
928
929 static unsigned int bfq_wr_duration(struct bfq_data *bfqd)
930 {
931         u64 dur;
932
933         if (bfqd->bfq_wr_max_time > 0)
934                 return bfqd->bfq_wr_max_time;
935
936         dur = bfqd->rate_dur_prod;
937         do_div(dur, bfqd->peak_rate);
938
939         /*
940          * Limit duration between 3 and 25 seconds. The upper limit
941          * has been conservatively set after the following worst case:
942          * on a QEMU/KVM virtual machine
943          * - running in a slow PC
944          * - with a virtual disk stacked on a slow low-end 5400rpm HDD
945          * - serving a heavy I/O workload, such as the sequential reading
946          *   of several files
947          * mplayer took 23 seconds to start, if constantly weight-raised.
948          *
949          * As for higher values than that accomodating the above bad
950          * scenario, tests show that higher values would often yield
951          * the opposite of the desired result, i.e., would worsen
952          * responsiveness by allowing non-interactive applications to
953          * preserve weight raising for too long.
954          *
955          * On the other end, lower values than 3 seconds make it
956          * difficult for most interactive tasks to complete their jobs
957          * before weight-raising finishes.
958          */
959         return clamp_val(dur, msecs_to_jiffies(3000), msecs_to_jiffies(25000));
960 }
961
962 /* switch back from soft real-time to interactive weight raising */
963 static void switch_back_to_interactive_wr(struct bfq_queue *bfqq,
964                                           struct bfq_data *bfqd)
965 {
966         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
967         bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
968         bfqq->last_wr_start_finish = bfqq->wr_start_at_switch_to_srt;
969 }
970
971 static void
972 bfq_bfqq_resume_state(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_data *bfqd,
973                       struct bfq_io_cq *bic, bool bfq_already_existing)
974 {
975         unsigned int old_wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
976         bool busy = bfq_already_existing && bfq_bfqq_busy(bfqq);
977
978         if (bic->saved_has_short_ttime)
979                 bfq_mark_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
980         else
981                 bfq_clear_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
982
983         if (bic->saved_IO_bound)
984                 bfq_mark_bfqq_IO_bound(bfqq);
985         else
986                 bfq_clear_bfqq_IO_bound(bfqq);
987
988         bfqq->ttime = bic->saved_ttime;
989         bfqq->wr_coeff = bic->saved_wr_coeff;
990         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt = bic->saved_wr_start_at_switch_to_srt;
991         bfqq->last_wr_start_finish = bic->saved_last_wr_start_finish;
992         bfqq->wr_cur_max_time = bic->saved_wr_cur_max_time;
993
994         if (bfqq->wr_coeff > 1 && (bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq) ||
995             time_is_before_jiffies(bfqq->last_wr_start_finish +
996                                    bfqq->wr_cur_max_time))) {
997                 if (bfqq->wr_cur_max_time == bfqd->bfq_wr_rt_max_time &&
998                     !bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq) &&
999                     time_is_after_eq_jiffies(bfqq->wr_start_at_switch_to_srt +
1000                                              bfq_wr_duration(bfqd))) {
1001                         switch_back_to_interactive_wr(bfqq, bfqd);
1002                 } else {
1003                         bfqq->wr_coeff = 1;
1004                         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq,
1005                                      "resume state: switching off wr");
1006                 }
1007         }
1008
1009         /* make sure weight will be updated, however we got here */
1010         bfqq->entity.prio_changed = 1;
1011
1012         if (likely(!busy))
1013                 return;
1014
1015         if (old_wr_coeff == 1 && bfqq->wr_coeff > 1)
1016                 bfqd->wr_busy_queues++;
1017         else if (old_wr_coeff > 1 && bfqq->wr_coeff == 1)
1018                 bfqd->wr_busy_queues--;
1019 }
1020
1021 static int bfqq_process_refs(struct bfq_queue *bfqq)
1022 {
1023         return bfqq->ref - bfqq->allocated - bfqq->entity.on_st -
1024                 (bfqq->weight_counter != NULL);
1025 }
1026
1027 /* Empty burst list and add just bfqq (see comments on bfq_handle_burst) */
1028 static void bfq_reset_burst_list(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
1029 {
1030         struct bfq_queue *item;
1031         struct hlist_node *n;
1032
1033         hlist_for_each_entry_safe(item, n, &bfqd->burst_list, burst_list_node)
1034                 hlist_del_init(&item->burst_list_node);
1035         hlist_add_head(&bfqq->burst_list_node, &bfqd->burst_list);
1036         bfqd->burst_size = 1;
1037         bfqd->burst_parent_entity = bfqq->entity.parent;
1038 }
1039
1040 /* Add bfqq to the list of queues in current burst (see bfq_handle_burst) */
1041 static void bfq_add_to_burst(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
1042 {
1043         /* Increment burst size to take into account also bfqq */
1044         bfqd->burst_size++;
1045
1046         if (bfqd->burst_size == bfqd->bfq_large_burst_thresh) {
1047                 struct bfq_queue *pos, *bfqq_item;
1048                 struct hlist_node *n;
1049
1050                 /*
1051                  * Enough queues have been activated shortly after each
1052                  * other to consider this burst as large.
1053                  */
1054                 bfqd->large_burst = true;
1055
1056                 /*
1057                  * We can now mark all queues in the burst list as
1058                  * belonging to a large burst.
1059                  */
1060                 hlist_for_each_entry(bfqq_item, &bfqd->burst_list,
1061                                      burst_list_node)
1062                         bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq_item);
1063                 bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq);
1064
1065                 /*
1066                  * From now on, and until the current burst finishes, any
1067                  * new queue being activated shortly after the last queue
1068                  * was inserted in the burst can be immediately marked as
1069                  * belonging to a large burst. So the burst list is not
1070                  * needed any more. Remove it.
1071                  */
1072                 hlist_for_each_entry_safe(pos, n, &bfqd->burst_list,
1073                                           burst_list_node)
1074                         hlist_del_init(&pos->burst_list_node);
1075         } else /*
1076                 * Burst not yet large: add bfqq to the burst list. Do
1077                 * not increment the ref counter for bfqq, because bfqq
1078                 * is removed from the burst list before freeing bfqq
1079                 * in put_queue.
1080                 */
1081                 hlist_add_head(&bfqq->burst_list_node, &bfqd->burst_list);
1082 }
1083
1084 /*
1085  * If many queues belonging to the same group happen to be created
1086  * shortly after each other, then the processes associated with these
1087  * queues have typically a common goal. In particular, bursts of queue
1088  * creations are usually caused by services or applications that spawn
1089  * many parallel threads/processes. Examples are systemd during boot,
1090  * or git grep. To help these processes get their job done as soon as
1091  * possible, it is usually better to not grant either weight-raising
1092  * or device idling to their queues.
1093  *
1094  * In this comment we describe, firstly, the reasons why this fact
1095  * holds, and, secondly, the next function, which implements the main
1096  * steps needed to properly mark these queues so that they can then be
1097  * treated in a different way.
1098  *
1099  * The above services or applications benefit mostly from a high
1100  * throughput: the quicker the requests of the activated queues are
1101  * cumulatively served, the sooner the target job of these queues gets
1102  * completed. As a consequence, weight-raising any of these queues,
1103  * which also implies idling the device for it, is almost always
1104  * counterproductive. In most cases it just lowers throughput.
1105  *
1106  * On the other hand, a burst of queue creations may be caused also by
1107  * the start of an application that does not consist of a lot of
1108  * parallel I/O-bound threads. In fact, with a complex application,
1109  * several short processes may need to be executed to start-up the
1110  * application. In this respect, to start an application as quickly as
1111  * possible, the best thing to do is in any case to privilege the I/O
1112  * related to the application with respect to all other
1113  * I/O. Therefore, the best strategy to start as quickly as possible
1114  * an application that causes a burst of queue creations is to
1115  * weight-raise all the queues created during the burst. This is the
1116  * exact opposite of the best strategy for the other type of bursts.
1117  *
1118  * In the end, to take the best action for each of the two cases, the
1119  * two types of bursts need to be distinguished. Fortunately, this
1120  * seems relatively easy, by looking at the sizes of the bursts. In
1121  * particular, we found a threshold such that only bursts with a
1122  * larger size than that threshold are apparently caused by
1123  * services or commands such as systemd or git grep. For brevity,
1124  * hereafter we call just 'large' these bursts. BFQ *does not*
1125  * weight-raise queues whose creation occurs in a large burst. In
1126  * addition, for each of these queues BFQ performs or does not perform
1127  * idling depending on which choice boosts the throughput more. The
1128  * exact choice depends on the device and request pattern at
1129  * hand.
1130  *
1131  * Unfortunately, false positives may occur while an interactive task
1132  * is starting (e.g., an application is being started). The
1133  * consequence is that the queues associated with the task do not
1134  * enjoy weight raising as expected. Fortunately these false positives
1135  * are very rare. They typically occur if some service happens to
1136  * start doing I/O exactly when the interactive task starts.
1137  *
1138  * Turning back to the next function, it implements all the steps
1139  * needed to detect the occurrence of a large burst and to properly
1140  * mark all the queues belonging to it (so that they can then be
1141  * treated in a different way). This goal is achieved by maintaining a
1142  * "burst list" that holds, temporarily, the queues that belong to the
1143  * burst in progress. The list is then used to mark these queues as
1144  * belonging to a large burst if the burst does become large. The main
1145  * steps are the following.
1146  *
1147  * . when the very first queue is created, the queue is inserted into the
1148  *   list (as it could be the first queue in a possible burst)
1149  *
1150  * . if the current burst has not yet become large, and a queue Q that does
1151  *   not yet belong to the burst is activated shortly after the last time
1152  *   at which a new queue entered the burst list, then the function appends
1153  *   Q to the burst list
1154  *
1155  * . if, as a consequence of the previous step, the burst size reaches
1156  *   the large-burst threshold, then
1157  *
1158  *     . all the queues in the burst list are marked as belonging to a
1159  *       large burst
1160  *
1161  *     . the burst list is deleted; in fact, the burst list already served
1162  *       its purpose (keeping temporarily track of the queues in a burst,
1163  *       so as to be able to mark them as belonging to a large burst in the
1164  *       previous sub-step), and now is not needed any more
1165  *
1166  *     . the device enters a large-burst mode
1167  *
1168  * . if a queue Q that does not belong to the burst is created while
1169  *   the device is in large-burst mode and shortly after the last time
1170  *   at which a queue either entered the burst list or was marked as
1171  *   belonging to the current large burst, then Q is immediately marked
1172  *   as belonging to a large burst.
1173  *
1174  * . if a queue Q that does not belong to the burst is created a while
1175  *   later, i.e., not shortly after, than the last time at which a queue
1176  *   either entered the burst list or was marked as belonging to the
1177  *   current large burst, then the current burst is deemed as finished and:
1178  *
1179  *        . the large-burst mode is reset if set
1180  *
1181  *        . the burst list is emptied
1182  *
1183  *        . Q is inserted in the burst list, as Q may be the first queue
1184  *          in a possible new burst (then the burst list contains just Q
1185  *          after this step).
1186  */
1187 static void bfq_handle_burst(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
1188 {
1189         /*
1190          * If bfqq is already in the burst list or is part of a large
1191          * burst, or finally has just been split, then there is
1192          * nothing else to do.
1193          */
1194         if (!hlist_unhashed(&bfqq->burst_list_node) ||
1195             bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq) ||
1196             time_is_after_eq_jiffies(bfqq->split_time +
1197                                      msecs_to_jiffies(10)))
1198                 return;
1199
1200         /*
1201          * If bfqq's creation happens late enough, or bfqq belongs to
1202          * a different group than the burst group, then the current
1203          * burst is finished, and related data structures must be
1204          * reset.
1205          *
1206          * In this respect, consider the special case where bfqq is
1207          * the very first queue created after BFQ is selected for this
1208          * device. In this case, last_ins_in_burst and
1209          * burst_parent_entity are not yet significant when we get
1210          * here. But it is easy to verify that, whether or not the
1211          * following condition is true, bfqq will end up being
1212          * inserted into the burst list. In particular the list will
1213          * happen to contain only bfqq. And this is exactly what has
1214          * to happen, as bfqq may be the first queue of the first
1215          * burst.
1216          */
1217         if (time_is_before_jiffies(bfqd->last_ins_in_burst +
1218             bfqd->bfq_burst_interval) ||
1219             bfqq->entity.parent != bfqd->burst_parent_entity) {
1220                 bfqd->large_burst = false;
1221                 bfq_reset_burst_list(bfqd, bfqq);
1222                 goto end;
1223         }
1224
1225         /*
1226          * If we get here, then bfqq is being activated shortly after the
1227          * last queue. So, if the current burst is also large, we can mark
1228          * bfqq as belonging to this large burst immediately.
1229          */
1230         if (bfqd->large_burst) {
1231                 bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq);
1232                 goto end;
1233         }
1234
1235         /*
1236          * If we get here, then a large-burst state has not yet been
1237          * reached, but bfqq is being activated shortly after the last
1238          * queue. Then we add bfqq to the burst.
1239          */
1240         bfq_add_to_burst(bfqd, bfqq);
1241 end:
1242         /*
1243          * At this point, bfqq either has been added to the current
1244          * burst or has caused the current burst to terminate and a
1245          * possible new burst to start. In particular, in the second
1246          * case, bfqq has become the first queue in the possible new
1247          * burst.  In both cases last_ins_in_burst needs to be moved
1248          * forward.
1249          */
1250         bfqd->last_ins_in_burst = jiffies;
1251 }
1252
1253 static int bfq_bfqq_budget_left(struct bfq_queue *bfqq)
1254 {
1255         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
1256
1257         return entity->budget - entity->service;
1258 }
1259
1260 /*
1261  * If enough samples have been computed, return the current max budget
1262  * stored in bfqd, which is dynamically updated according to the
1263  * estimated disk peak rate; otherwise return the default max budget
1264  */
1265 static int bfq_max_budget(struct bfq_data *bfqd)
1266 {
1267         if (bfqd->budgets_assigned < bfq_stats_min_budgets)
1268                 return bfq_default_max_budget;
1269         else
1270                 return bfqd->bfq_max_budget;
1271 }
1272
1273 /*
1274  * Return min budget, which is a fraction of the current or default
1275  * max budget (trying with 1/32)
1276  */
1277 static int bfq_min_budget(struct bfq_data *bfqd)
1278 {
1279         if (bfqd->budgets_assigned < bfq_stats_min_budgets)
1280                 return bfq_default_max_budget / 32;
1281         else
1282                 return bfqd->bfq_max_budget / 32;
1283 }
1284
1285 /*
1286  * The next function, invoked after the input queue bfqq switches from
1287  * idle to busy, updates the budget of bfqq. The function also tells
1288  * whether the in-service queue should be expired, by returning
1289  * true. The purpose of expiring the in-service queue is to give bfqq
1290  * the chance to possibly preempt the in-service queue, and the reason
1291  * for preempting the in-service queue is to achieve one of the two
1292  * goals below.
1293  *
1294  * 1. Guarantee to bfqq its reserved bandwidth even if bfqq has
1295  * expired because it has remained idle. In particular, bfqq may have
1296  * expired for one of the following two reasons:
1297  *
1298  * - BFQQE_NO_MORE_REQUESTS bfqq did not enjoy any device idling
1299  *   and did not make it to issue a new request before its last
1300  *   request was served;
1301  *
1302  * - BFQQE_TOO_IDLE bfqq did enjoy device idling, but did not issue
1303  *   a new request before the expiration of the idling-time.
1304  *
1305  * Even if bfqq has expired for one of the above reasons, the process
1306  * associated with the queue may be however issuing requests greedily,
1307  * and thus be sensitive to the bandwidth it receives (bfqq may have
1308  * remained idle for other reasons: CPU high load, bfqq not enjoying
1309  * idling, I/O throttling somewhere in the path from the process to
1310  * the I/O scheduler, ...). But if, after every expiration for one of
1311  * the above two reasons, bfqq has to wait for the service of at least
1312  * one full budget of another queue before being served again, then
1313  * bfqq is likely to get a much lower bandwidth or resource time than
1314  * its reserved ones. To address this issue, two countermeasures need
1315  * to be taken.
1316  *
1317  * First, the budget and the timestamps of bfqq need to be updated in
1318  * a special way on bfqq reactivation: they need to be updated as if
1319  * bfqq did not remain idle and did not expire. In fact, if they are
1320  * computed as if bfqq expired and remained idle until reactivation,
1321  * then the process associated with bfqq is treated as if, instead of
1322  * being greedy, it stopped issuing requests when bfqq remained idle,
1323  * and restarts issuing requests only on this reactivation. In other
1324  * words, the scheduler does not help the process recover the "service
1325  * hole" between bfqq expiration and reactivation. As a consequence,
1326  * the process receives a lower bandwidth than its reserved one. In
1327  * contrast, to recover this hole, the budget must be updated as if
1328  * bfqq was not expired at all before this reactivation, i.e., it must
1329  * be set to the value of the remaining budget when bfqq was
1330  * expired. Along the same line, timestamps need to be assigned the
1331  * value they had the last time bfqq was selected for service, i.e.,
1332  * before last expiration. Thus timestamps need to be back-shifted
1333  * with respect to their normal computation (see [1] for more details
1334  * on this tricky aspect).
1335  *
1336  * Secondly, to allow the process to recover the hole, the in-service
1337  * queue must be expired too, to give bfqq the chance to preempt it
1338  * immediately. In fact, if bfqq has to wait for a full budget of the
1339  * in-service queue to be completed, then it may become impossible to
1340  * let the process recover the hole, even if the back-shifted
1341  * timestamps of bfqq are lower than those of the in-service queue. If
1342  * this happens for most or all of the holes, then the process may not
1343  * receive its reserved bandwidth. In this respect, it is worth noting
1344  * that, being the service of outstanding requests unpreemptible, a
1345  * little fraction of the holes may however be unrecoverable, thereby
1346  * causing a little loss of bandwidth.
1347  *
1348  * The last important point is detecting whether bfqq does need this
1349  * bandwidth recovery. In this respect, the next function deems the
1350  * process associated with bfqq greedy, and thus allows it to recover
1351  * the hole, if: 1) the process is waiting for the arrival of a new
1352  * request (which implies that bfqq expired for one of the above two
1353  * reasons), and 2) such a request has arrived soon. The first
1354  * condition is controlled through the flag non_blocking_wait_rq,
1355  * while the second through the flag arrived_in_time. If both
1356  * conditions hold, then the function computes the budget in the
1357  * above-described special way, and signals that the in-service queue
1358  * should be expired. Timestamp back-shifting is done later in
1359  * __bfq_activate_entity.
1360  *
1361  * 2. Reduce latency. Even if timestamps are not backshifted to let
1362  * the process associated with bfqq recover a service hole, bfqq may
1363  * however happen to have, after being (re)activated, a lower finish
1364  * timestamp than the in-service queue.  That is, the next budget of
1365  * bfqq may have to be completed before the one of the in-service
1366  * queue. If this is the case, then preempting the in-service queue
1367  * allows this goal to be achieved, apart from the unpreemptible,
1368  * outstanding requests mentioned above.
1369  *
1370  * Unfortunately, regardless of which of the above two goals one wants
1371  * to achieve, service trees need first to be updated to know whether
1372  * the in-service queue must be preempted. To have service trees
1373  * correctly updated, the in-service queue must be expired and
1374  * rescheduled, and bfqq must be scheduled too. This is one of the
1375  * most costly operations (in future versions, the scheduling
1376  * mechanism may be re-designed in such a way to make it possible to
1377  * know whether preemption is needed without needing to update service
1378  * trees). In addition, queue preemptions almost always cause random
1379  * I/O, and thus loss of throughput. Because of these facts, the next
1380  * function adopts the following simple scheme to avoid both costly
1381  * operations and too frequent preemptions: it requests the expiration
1382  * of the in-service queue (unconditionally) only for queues that need
1383  * to recover a hole, or that either are weight-raised or deserve to
1384  * be weight-raised.
1385  */
1386 static bool bfq_bfqq_update_budg_for_activation(struct bfq_data *bfqd,
1387                                                 struct bfq_queue *bfqq,
1388                                                 bool arrived_in_time,
1389                                                 bool wr_or_deserves_wr)
1390 {
1391         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
1392
1393         if (bfq_bfqq_non_blocking_wait_rq(bfqq) && arrived_in_time) {
1394                 /*
1395                  * We do not clear the flag non_blocking_wait_rq here, as
1396                  * the latter is used in bfq_activate_bfqq to signal
1397                  * that timestamps need to be back-shifted (and is
1398                  * cleared right after).
1399                  */
1400
1401                 /*
1402                  * In next assignment we rely on that either
1403                  * entity->service or entity->budget are not updated
1404                  * on expiration if bfqq is empty (see
1405                  * __bfq_bfqq_recalc_budget). Thus both quantities
1406                  * remain unchanged after such an expiration, and the
1407                  * following statement therefore assigns to
1408                  * entity->budget the remaining budget on such an
1409                  * expiration.
1410                  */
1411                 entity->budget = min_t(unsigned long,
1412                                        bfq_bfqq_budget_left(bfqq),
1413                                        bfqq->max_budget);
1414
1415                 /*
1416                  * At this point, we have used entity->service to get
1417                  * the budget left (needed for updating
1418                  * entity->budget). Thus we finally can, and have to,
1419                  * reset entity->service. The latter must be reset
1420                  * because bfqq would otherwise be charged again for
1421                  * the service it has received during its previous
1422                  * service slot(s).
1423                  */
1424                 entity->service = 0;
1425
1426                 return true;
1427         }
1428
1429         /*
1430          * We can finally complete expiration, by setting service to 0.
1431          */
1432         entity->service = 0;
1433         entity->budget = max_t(unsigned long, bfqq->max_budget,
1434                                bfq_serv_to_charge(bfqq->next_rq, bfqq));
1435         bfq_clear_bfqq_non_blocking_wait_rq(bfqq);
1436         return wr_or_deserves_wr;
1437 }
1438
1439 /*
1440  * Return the farthest past time instant according to jiffies
1441  * macros.
1442  */
1443 static unsigned long bfq_smallest_from_now(void)
1444 {
1445         return jiffies - MAX_JIFFY_OFFSET;
1446 }
1447
1448 static void bfq_update_bfqq_wr_on_rq_arrival(struct bfq_data *bfqd,
1449                                              struct bfq_queue *bfqq,
1450                                              unsigned int old_wr_coeff,
1451                                              bool wr_or_deserves_wr,
1452                                              bool interactive,
1453                                              bool in_burst,
1454                                              bool soft_rt)
1455 {
1456         if (old_wr_coeff == 1 && wr_or_deserves_wr) {
1457                 /* start a weight-raising period */
1458                 if (interactive) {
1459                         bfqq->service_from_wr = 0;
1460                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
1461                         bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
1462                 } else {
1463                         /*
1464                          * No interactive weight raising in progress
1465                          * here: assign minus infinity to
1466                          * wr_start_at_switch_to_srt, to make sure
1467                          * that, at the end of the soft-real-time
1468                          * weight raising periods that is starting
1469                          * now, no interactive weight-raising period
1470                          * may be wrongly considered as still in
1471                          * progress (and thus actually started by
1472                          * mistake).
1473                          */
1474                         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt =
1475                                 bfq_smallest_from_now();
1476                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff *
1477                                 BFQ_SOFTRT_WEIGHT_FACTOR;
1478                         bfqq->wr_cur_max_time =
1479                                 bfqd->bfq_wr_rt_max_time;
1480                 }
1481
1482                 /*
1483                  * If needed, further reduce budget to make sure it is
1484                  * close to bfqq's backlog, so as to reduce the
1485                  * scheduling-error component due to a too large
1486                  * budget. Do not care about throughput consequences,
1487                  * but only about latency. Finally, do not assign a
1488                  * too small budget either, to avoid increasing
1489                  * latency by causing too frequent expirations.
1490                  */
1491                 bfqq->entity.budget = min_t(unsigned long,
1492                                             bfqq->entity.budget,
1493                                             2 * bfq_min_budget(bfqd));
1494         } else if (old_wr_coeff > 1) {
1495                 if (interactive) { /* update wr coeff and duration */
1496                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
1497                         bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
1498                 } else if (in_burst)
1499                         bfqq->wr_coeff = 1;
1500                 else if (soft_rt) {
1501                         /*
1502                          * The application is now or still meeting the
1503                          * requirements for being deemed soft rt.  We
1504                          * can then correctly and safely (re)charge
1505                          * the weight-raising duration for the
1506                          * application with the weight-raising
1507                          * duration for soft rt applications.
1508                          *
1509                          * In particular, doing this recharge now, i.e.,
1510                          * before the weight-raising period for the
1511                          * application finishes, reduces the probability
1512                          * of the following negative scenario:
1513                          * 1) the weight of a soft rt application is
1514                          *    raised at startup (as for any newly
1515                          *    created application),
1516                          * 2) since the application is not interactive,
1517                          *    at a certain time weight-raising is
1518                          *    stopped for the application,
1519                          * 3) at that time the application happens to
1520                          *    still have pending requests, and hence
1521                          *    is destined to not have a chance to be
1522                          *    deemed soft rt before these requests are
1523                          *    completed (see the comments to the
1524                          *    function bfq_bfqq_softrt_next_start()
1525                          *    for details on soft rt detection),
1526                          * 4) these pending requests experience a high
1527                          *    latency because the application is not
1528                          *    weight-raised while they are pending.
1529                          */
1530                         if (bfqq->wr_cur_max_time !=
1531                                 bfqd->bfq_wr_rt_max_time) {
1532                                 bfqq->wr_start_at_switch_to_srt =
1533                                         bfqq->last_wr_start_finish;
1534
1535                                 bfqq->wr_cur_max_time =
1536                                         bfqd->bfq_wr_rt_max_time;
1537                                 bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff *
1538                                         BFQ_SOFTRT_WEIGHT_FACTOR;
1539                         }
1540                         bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
1541                 }
1542         }
1543 }
1544
1545 static bool bfq_bfqq_idle_for_long_time(struct bfq_data *bfqd,
1546                                         struct bfq_queue *bfqq)
1547 {
1548         return bfqq->dispatched == 0 &&
1549                 time_is_before_jiffies(
1550                         bfqq->budget_timeout +
1551                         bfqd->bfq_wr_min_idle_time);
1552 }
1553
1554 static void bfq_bfqq_handle_idle_busy_switch(struct bfq_data *bfqd,
1555                                              struct bfq_queue *bfqq,
1556                                              int old_wr_coeff,
1557                                              struct request *rq,
1558                                              bool *interactive)
1559 {
1560         bool soft_rt, in_burst, wr_or_deserves_wr,
1561                 bfqq_wants_to_preempt,
1562                 idle_for_long_time = bfq_bfqq_idle_for_long_time(bfqd, bfqq),
1563                 /*
1564                  * See the comments on
1565                  * bfq_bfqq_update_budg_for_activation for
1566                  * details on the usage of the next variable.
1567                  */
1568                 arrived_in_time =  ktime_get_ns() <=
1569                         bfqq->ttime.last_end_request +
1570                         bfqd->bfq_slice_idle * 3;
1571
1572
1573         /*
1574          * bfqq deserves to be weight-raised if:
1575          * - it is sync,
1576          * - it does not belong to a large burst,
1577          * - it has been idle for enough time or is soft real-time,
1578          * - is linked to a bfq_io_cq (it is not shared in any sense).
1579          */
1580         in_burst = bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq);
1581         soft_rt = bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate > 0 &&
1582                 !in_burst &&
1583                 time_is_before_jiffies(bfqq->soft_rt_next_start) &&
1584                 bfqq->dispatched == 0;
1585         *interactive = !in_burst && idle_for_long_time;
1586         wr_or_deserves_wr = bfqd->low_latency &&
1587                 (bfqq->wr_coeff > 1 ||
1588                  (bfq_bfqq_sync(bfqq) &&
1589                   bfqq->bic && (*interactive || soft_rt)));
1590
1591         /*
1592          * Using the last flag, update budget and check whether bfqq
1593          * may want to preempt the in-service queue.
1594          */
1595         bfqq_wants_to_preempt =
1596                 bfq_bfqq_update_budg_for_activation(bfqd, bfqq,
1597                                                     arrived_in_time,
1598                                                     wr_or_deserves_wr);
1599
1600         /*
1601          * If bfqq happened to be activated in a burst, but has been
1602          * idle for much more than an interactive queue, then we
1603          * assume that, in the overall I/O initiated in the burst, the
1604          * I/O associated with bfqq is finished. So bfqq does not need
1605          * to be treated as a queue belonging to a burst
1606          * anymore. Accordingly, we reset bfqq's in_large_burst flag
1607          * if set, and remove bfqq from the burst list if it's
1608          * there. We do not decrement burst_size, because the fact
1609          * that bfqq does not need to belong to the burst list any
1610          * more does not invalidate the fact that bfqq was created in
1611          * a burst.
1612          */
1613         if (likely(!bfq_bfqq_just_created(bfqq)) &&
1614             idle_for_long_time &&
1615             time_is_before_jiffies(
1616                     bfqq->budget_timeout +
1617                     msecs_to_jiffies(10000))) {
1618                 hlist_del_init(&bfqq->burst_list_node);
1619                 bfq_clear_bfqq_in_large_burst(bfqq);
1620         }
1621
1622         bfq_clear_bfqq_just_created(bfqq);
1623
1624
1625         if (!bfq_bfqq_IO_bound(bfqq)) {
1626                 if (arrived_in_time) {
1627                         bfqq->requests_within_timer++;
1628                         if (bfqq->requests_within_timer >=
1629                             bfqd->bfq_requests_within_timer)
1630                                 bfq_mark_bfqq_IO_bound(bfqq);
1631                 } else
1632                         bfqq->requests_within_timer = 0;
1633         }
1634
1635         if (bfqd->low_latency) {
1636                 if (unlikely(time_is_after_jiffies(bfqq->split_time)))
1637                         /* wraparound */
1638                         bfqq->split_time =
1639                                 jiffies - bfqd->bfq_wr_min_idle_time - 1;
1640
1641                 if (time_is_before_jiffies(bfqq->split_time +
1642                                            bfqd->bfq_wr_min_idle_time)) {
1643                         bfq_update_bfqq_wr_on_rq_arrival(bfqd, bfqq,
1644                                                          old_wr_coeff,
1645                                                          wr_or_deserves_wr,
1646                                                          *interactive,
1647                                                          in_burst,
1648                                                          soft_rt);
1649
1650                         if (old_wr_coeff != bfqq->wr_coeff)
1651                                 bfqq->entity.prio_changed = 1;
1652                 }
1653         }
1654
1655         bfqq->last_idle_bklogged = jiffies;
1656         bfqq->service_from_backlogged = 0;
1657         bfq_clear_bfqq_softrt_update(bfqq);
1658
1659         bfq_add_bfqq_busy(bfqd, bfqq);
1660
1661         /*
1662          * Expire in-service queue only if preemption may be needed
1663          * for guarantees. In this respect, the function
1664          * next_queue_may_preempt just checks a simple, necessary
1665          * condition, and not a sufficient condition based on
1666          * timestamps. In fact, for the latter condition to be
1667          * evaluated, timestamps would need first to be updated, and
1668          * this operation is quite costly (see the comments on the
1669          * function bfq_bfqq_update_budg_for_activation).
1670          */
1671         if (bfqd->in_service_queue && bfqq_wants_to_preempt &&
1672             bfqd->in_service_queue->wr_coeff < bfqq->wr_coeff &&
1673             next_queue_may_preempt(bfqd))
1674                 bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqd->in_service_queue,
1675                                 false, BFQQE_PREEMPTED);
1676 }
1677
1678 static void bfq_add_request(struct request *rq)
1679 {
1680         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
1681         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
1682         struct request *next_rq, *prev;
1683         unsigned int old_wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
1684         bool interactive = false;
1685
1686         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "add_request %d", rq_is_sync(rq));
1687         bfqq->queued[rq_is_sync(rq)]++;
1688         bfqd->queued++;
1689
1690         elv_rb_add(&bfqq->sort_list, rq);
1691
1692         /*
1693          * Check if this request is a better next-serve candidate.
1694          */
1695         prev = bfqq->next_rq;
1696         next_rq = bfq_choose_req(bfqd, bfqq->next_rq, rq, bfqd->last_position);
1697         bfqq->next_rq = next_rq;
1698
1699         /*
1700          * Adjust priority tree position, if next_rq changes.
1701          */
1702         if (prev != bfqq->next_rq)
1703                 bfq_pos_tree_add_move(bfqd, bfqq);
1704
1705         if (!bfq_bfqq_busy(bfqq)) /* switching to busy ... */
1706                 bfq_bfqq_handle_idle_busy_switch(bfqd, bfqq, old_wr_coeff,
1707                                                  rq, &interactive);
1708         else {
1709                 if (bfqd->low_latency && old_wr_coeff == 1 && !rq_is_sync(rq) &&
1710                     time_is_before_jiffies(
1711                                 bfqq->last_wr_start_finish +
1712                                 bfqd->bfq_wr_min_inter_arr_async)) {
1713                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
1714                         bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
1715
1716                         bfqd->wr_busy_queues++;
1717                         bfqq->entity.prio_changed = 1;
1718                 }
1719                 if (prev != bfqq->next_rq)
1720                         bfq_updated_next_req(bfqd, bfqq);
1721         }
1722
1723         /*
1724          * Assign jiffies to last_wr_start_finish in the following
1725          * cases:
1726          *
1727          * . if bfqq is not going to be weight-raised, because, for
1728          *   non weight-raised queues, last_wr_start_finish stores the
1729          *   arrival time of the last request; as of now, this piece
1730          *   of information is used only for deciding whether to
1731          *   weight-raise async queues
1732          *
1733          * . if bfqq is not weight-raised, because, if bfqq is now
1734          *   switching to weight-raised, then last_wr_start_finish
1735          *   stores the time when weight-raising starts
1736          *
1737          * . if bfqq is interactive, because, regardless of whether
1738          *   bfqq is currently weight-raised, the weight-raising
1739          *   period must start or restart (this case is considered
1740          *   separately because it is not detected by the above
1741          *   conditions, if bfqq is already weight-raised)
1742          *
1743          * last_wr_start_finish has to be updated also if bfqq is soft
1744          * real-time, because the weight-raising period is constantly
1745          * restarted on idle-to-busy transitions for these queues, but
1746          * this is already done in bfq_bfqq_handle_idle_busy_switch if
1747          * needed.
1748          */
1749         if (bfqd->low_latency &&
1750                 (old_wr_coeff == 1 || bfqq->wr_coeff == 1 || interactive))
1751                 bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
1752 }
1753
1754 static struct request *bfq_find_rq_fmerge(struct bfq_data *bfqd,
1755                                           struct bio *bio,
1756                                           struct request_queue *q)
1757 {
1758         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->bio_bfqq;
1759
1760
1761         if (bfqq)
1762                 return elv_rb_find(&bfqq->sort_list, bio_end_sector(bio));
1763
1764         return NULL;
1765 }
1766
1767 static sector_t get_sdist(sector_t last_pos, struct request *rq)
1768 {
1769         if (last_pos)
1770                 return abs(blk_rq_pos(rq) - last_pos);
1771
1772         return 0;
1773 }
1774
1775 #if 0 /* Still not clear if we can do without next two functions */
1776 static void bfq_activate_request(struct request_queue *q, struct request *rq)
1777 {
1778         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
1779
1780         bfqd->rq_in_driver++;
1781 }
1782
1783 static void bfq_deactivate_request(struct request_queue *q, struct request *rq)
1784 {
1785         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
1786
1787         bfqd->rq_in_driver--;
1788 }
1789 #endif
1790
1791 static void bfq_remove_request(struct request_queue *q,
1792                                struct request *rq)
1793 {
1794         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
1795         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
1796         const int sync = rq_is_sync(rq);
1797
1798         if (bfqq->next_rq == rq) {
1799                 bfqq->next_rq = bfq_find_next_rq(bfqd, bfqq, rq);
1800                 bfq_updated_next_req(bfqd, bfqq);
1801         }
1802
1803         if (rq->queuelist.prev != &rq->queuelist)
1804                 list_del_init(&rq->queuelist);
1805         bfqq->queued[sync]--;
1806         bfqd->queued--;
1807         elv_rb_del(&bfqq->sort_list, rq);
1808
1809         elv_rqhash_del(q, rq);
1810         if (q->last_merge == rq)
1811                 q->last_merge = NULL;
1812
1813         if (RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list)) {
1814                 bfqq->next_rq = NULL;
1815
1816                 if (bfq_bfqq_busy(bfqq) && bfqq != bfqd->in_service_queue) {
1817                         bfq_del_bfqq_busy(bfqd, bfqq, false);
1818                         /*
1819                          * bfqq emptied. In normal operation, when
1820                          * bfqq is empty, bfqq->entity.service and
1821                          * bfqq->entity.budget must contain,
1822                          * respectively, the service received and the
1823                          * budget used last time bfqq emptied. These
1824                          * facts do not hold in this case, as at least
1825                          * this last removal occurred while bfqq is
1826                          * not in service. To avoid inconsistencies,
1827                          * reset both bfqq->entity.service and
1828                          * bfqq->entity.budget, if bfqq has still a
1829                          * process that may issue I/O requests to it.
1830                          */
1831                         bfqq->entity.budget = bfqq->entity.service = 0;
1832                 }
1833
1834                 /*
1835                  * Remove queue from request-position tree as it is empty.
1836                  */
1837                 if (bfqq->pos_root) {
1838                         rb_erase(&bfqq->pos_node, bfqq->pos_root);
1839                         bfqq->pos_root = NULL;
1840                 }
1841         } else {
1842                 bfq_pos_tree_add_move(bfqd, bfqq);
1843         }
1844
1845         if (rq->cmd_flags & REQ_META)
1846                 bfqq->meta_pending--;
1847
1848 }
1849
1850 static bool bfq_bio_merge(struct blk_mq_hw_ctx *hctx, struct bio *bio)
1851 {
1852         struct request_queue *q = hctx->queue;
1853         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
1854         struct request *free = NULL;
1855         /*
1856          * bfq_bic_lookup grabs the queue_lock: invoke it now and
1857          * store its return value for later use, to avoid nesting
1858          * queue_lock inside the bfqd->lock. We assume that the bic
1859          * returned by bfq_bic_lookup does not go away before
1860          * bfqd->lock is taken.
1861          */
1862         struct bfq_io_cq *bic = bfq_bic_lookup(bfqd, current->io_context, q);
1863         bool ret;
1864
1865         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
1866
1867         if (bic)
1868                 bfqd->bio_bfqq = bic_to_bfqq(bic, op_is_sync(bio->bi_opf));
1869         else
1870                 bfqd->bio_bfqq = NULL;
1871         bfqd->bio_bic = bic;
1872
1873         ret = blk_mq_sched_try_merge(q, bio, &free);
1874
1875         if (free)
1876                 blk_mq_free_request(free);
1877         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
1878
1879         return ret;
1880 }
1881
1882 static int bfq_request_merge(struct request_queue *q, struct request **req,
1883                              struct bio *bio)
1884 {
1885         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
1886         struct request *__rq;
1887
1888         __rq = bfq_find_rq_fmerge(bfqd, bio, q);
1889         if (__rq && elv_bio_merge_ok(__rq, bio)) {
1890                 *req = __rq;
1891                 return ELEVATOR_FRONT_MERGE;
1892         }
1893
1894         return ELEVATOR_NO_MERGE;
1895 }
1896
1897 static struct bfq_queue *bfq_init_rq(struct request *rq);
1898
1899 static void bfq_request_merged(struct request_queue *q, struct request *req,
1900                                enum elv_merge type)
1901 {
1902         if (type == ELEVATOR_FRONT_MERGE &&
1903             rb_prev(&req->rb_node) &&
1904             blk_rq_pos(req) <
1905             blk_rq_pos(container_of(rb_prev(&req->rb_node),
1906                                     struct request, rb_node))) {
1907                 struct bfq_queue *bfqq = bfq_init_rq(req);
1908                 struct bfq_data *bfqd;
1909                 struct request *prev, *next_rq;
1910
1911                 if (!bfqq)
1912                         return;
1913
1914                 bfqd = bfqq->bfqd;
1915
1916                 /* Reposition request in its sort_list */
1917                 elv_rb_del(&bfqq->sort_list, req);
1918                 elv_rb_add(&bfqq->sort_list, req);
1919
1920                 /* Choose next request to be served for bfqq */
1921                 prev = bfqq->next_rq;
1922                 next_rq = bfq_choose_req(bfqd, bfqq->next_rq, req,
1923                                          bfqd->last_position);
1924                 bfqq->next_rq = next_rq;
1925                 /*
1926                  * If next_rq changes, update both the queue's budget to
1927                  * fit the new request and the queue's position in its
1928                  * rq_pos_tree.
1929                  */
1930                 if (prev != bfqq->next_rq) {
1931                         bfq_updated_next_req(bfqd, bfqq);
1932                         bfq_pos_tree_add_move(bfqd, bfqq);
1933                 }
1934         }
1935 }
1936
1937 /*
1938  * This function is called to notify the scheduler that the requests
1939  * rq and 'next' have been merged, with 'next' going away.  BFQ
1940  * exploits this hook to address the following issue: if 'next' has a
1941  * fifo_time lower that rq, then the fifo_time of rq must be set to
1942  * the value of 'next', to not forget the greater age of 'next'.
1943  *
1944  * NOTE: in this function we assume that rq is in a bfq_queue, basing
1945  * on that rq is picked from the hash table q->elevator->hash, which,
1946  * in its turn, is filled only with I/O requests present in
1947  * bfq_queues, while BFQ is in use for the request queue q. In fact,
1948  * the function that fills this hash table (elv_rqhash_add) is called
1949  * only by bfq_insert_request.
1950  */
1951 static void bfq_requests_merged(struct request_queue *q, struct request *rq,
1952                                 struct request *next)
1953 {
1954         struct bfq_queue *bfqq = bfq_init_rq(rq),
1955                 *next_bfqq = bfq_init_rq(next);
1956
1957         if (!bfqq)
1958                 return;
1959
1960         /*
1961          * If next and rq belong to the same bfq_queue and next is older
1962          * than rq, then reposition rq in the fifo (by substituting next
1963          * with rq). Otherwise, if next and rq belong to different
1964          * bfq_queues, never reposition rq: in fact, we would have to
1965          * reposition it with respect to next's position in its own fifo,
1966          * which would most certainly be too expensive with respect to
1967          * the benefits.
1968          */
1969         if (bfqq == next_bfqq &&
1970             !list_empty(&rq->queuelist) && !list_empty(&next->queuelist) &&
1971             next->fifo_time < rq->fifo_time) {
1972                 list_del_init(&rq->queuelist);
1973                 list_replace_init(&next->queuelist, &rq->queuelist);
1974                 rq->fifo_time = next->fifo_time;
1975         }
1976
1977         if (bfqq->next_rq == next)
1978                 bfqq->next_rq = rq;
1979
1980         bfqg_stats_update_io_merged(bfqq_group(bfqq), next->cmd_flags);
1981 }
1982
1983 /* Must be called with bfqq != NULL */
1984 static void bfq_bfqq_end_wr(struct bfq_queue *bfqq)
1985 {
1986         if (bfq_bfqq_busy(bfqq))
1987                 bfqq->bfqd->wr_busy_queues--;
1988         bfqq->wr_coeff = 1;
1989         bfqq->wr_cur_max_time = 0;
1990         bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
1991         /*
1992          * Trigger a weight change on the next invocation of
1993          * __bfq_entity_update_weight_prio.
1994          */
1995         bfqq->entity.prio_changed = 1;
1996 }
1997
1998 void bfq_end_wr_async_queues(struct bfq_data *bfqd,
1999                              struct bfq_group *bfqg)
2000 {
2001         int i, j;
2002
2003         for (i = 0; i < 2; i++)
2004                 for (j = 0; j < IOPRIO_BE_NR; j++)
2005                         if (bfqg->async_bfqq[i][j])
2006                                 bfq_bfqq_end_wr(bfqg->async_bfqq[i][j]);
2007         if (bfqg->async_idle_bfqq)
2008                 bfq_bfqq_end_wr(bfqg->async_idle_bfqq);
2009 }
2010
2011 static void bfq_end_wr(struct bfq_data *bfqd)
2012 {
2013         struct bfq_queue *bfqq;
2014
2015         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
2016
2017         list_for_each_entry(bfqq, &bfqd->active_list, bfqq_list)
2018                 bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
2019         list_for_each_entry(bfqq, &bfqd->idle_list, bfqq_list)
2020                 bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
2021         bfq_end_wr_async(bfqd);
2022
2023         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
2024 }
2025
2026 static sector_t bfq_io_struct_pos(void *io_struct, bool request)
2027 {
2028         if (request)
2029                 return blk_rq_pos(io_struct);
2030         else
2031                 return ((struct bio *)io_struct)->bi_iter.bi_sector;
2032 }
2033
2034 static int bfq_rq_close_to_sector(void *io_struct, bool request,
2035                                   sector_t sector)
2036 {
2037         return abs(bfq_io_struct_pos(io_struct, request) - sector) <=
2038                BFQQ_CLOSE_THR;
2039 }
2040
2041 static struct bfq_queue *bfqq_find_close(struct bfq_data *bfqd,
2042                                          struct bfq_queue *bfqq,
2043                                          sector_t sector)
2044 {
2045         struct rb_root *root = &bfq_bfqq_to_bfqg(bfqq)->rq_pos_tree;
2046         struct rb_node *parent, *node;
2047         struct bfq_queue *__bfqq;
2048
2049         if (RB_EMPTY_ROOT(root))
2050                 return NULL;
2051
2052         /*
2053          * First, if we find a request starting at the end of the last
2054          * request, choose it.
2055          */
2056         __bfqq = bfq_rq_pos_tree_lookup(bfqd, root, sector, &parent, NULL);
2057         if (__bfqq)
2058                 return __bfqq;
2059
2060         /*
2061          * If the exact sector wasn't found, the parent of the NULL leaf
2062          * will contain the closest sector (rq_pos_tree sorted by
2063          * next_request position).
2064          */
2065         __bfqq = rb_entry(parent, struct bfq_queue, pos_node);
2066         if (bfq_rq_close_to_sector(__bfqq->next_rq, true, sector))
2067                 return __bfqq;
2068
2069         if (blk_rq_pos(__bfqq->next_rq) < sector)
2070                 node = rb_next(&__bfqq->pos_node);
2071         else
2072                 node = rb_prev(&__bfqq->pos_node);
2073         if (!node)
2074                 return NULL;
2075
2076         __bfqq = rb_entry(node, struct bfq_queue, pos_node);
2077         if (bfq_rq_close_to_sector(__bfqq->next_rq, true, sector))
2078                 return __bfqq;
2079
2080         return NULL;
2081 }
2082
2083 static struct bfq_queue *bfq_find_close_cooperator(struct bfq_data *bfqd,
2084                                                    struct bfq_queue *cur_bfqq,
2085                                                    sector_t sector)
2086 {
2087         struct bfq_queue *bfqq;
2088
2089         /*
2090          * We shall notice if some of the queues are cooperating,
2091          * e.g., working closely on the same area of the device. In
2092          * that case, we can group them together and: 1) don't waste
2093          * time idling, and 2) serve the union of their requests in
2094          * the best possible order for throughput.
2095          */
2096         bfqq = bfqq_find_close(bfqd, cur_bfqq, sector);
2097         if (!bfqq || bfqq == cur_bfqq)
2098                 return NULL;
2099
2100         return bfqq;
2101 }
2102
2103 static struct bfq_queue *
2104 bfq_setup_merge(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_queue *new_bfqq)
2105 {
2106         int process_refs, new_process_refs;
2107         struct bfq_queue *__bfqq;
2108
2109         /*
2110          * If there are no process references on the new_bfqq, then it is
2111          * unsafe to follow the ->new_bfqq chain as other bfqq's in the chain
2112          * may have dropped their last reference (not just their last process
2113          * reference).
2114          */
2115         if (!bfqq_process_refs(new_bfqq))
2116                 return NULL;
2117
2118         /* Avoid a circular list and skip interim queue merges. */
2119         while ((__bfqq = new_bfqq->new_bfqq)) {
2120                 if (__bfqq == bfqq)
2121                         return NULL;
2122                 new_bfqq = __bfqq;
2123         }
2124
2125         process_refs = bfqq_process_refs(bfqq);
2126         new_process_refs = bfqq_process_refs(new_bfqq);
2127         /*
2128          * If the process for the bfqq has gone away, there is no
2129          * sense in merging the queues.
2130          */
2131         if (process_refs == 0 || new_process_refs == 0)
2132                 return NULL;
2133
2134         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "scheduling merge with queue %d",
2135                 new_bfqq->pid);
2136
2137         /*
2138          * Merging is just a redirection: the requests of the process
2139          * owning one of the two queues are redirected to the other queue.
2140          * The latter queue, in its turn, is set as shared if this is the
2141          * first time that the requests of some process are redirected to
2142          * it.
2143          *
2144          * We redirect bfqq to new_bfqq and not the opposite, because
2145          * we are in the context of the process owning bfqq, thus we
2146          * have the io_cq of this process. So we can immediately
2147          * configure this io_cq to redirect the requests of the
2148          * process to new_bfqq. In contrast, the io_cq of new_bfqq is
2149          * not available any more (new_bfqq->bic == NULL).
2150          *
2151          * Anyway, even in case new_bfqq coincides with the in-service
2152          * queue, redirecting requests the in-service queue is the
2153          * best option, as we feed the in-service queue with new
2154          * requests close to the last request served and, by doing so,
2155          * are likely to increase the throughput.
2156          */
2157         bfqq->new_bfqq = new_bfqq;
2158         /*
2159          * The above assignment schedules the following redirections:
2160          * each time some I/O for bfqq arrives, the process that
2161          * generated that I/O is disassociated from bfqq and
2162          * associated with new_bfqq. Here we increases new_bfqq->ref
2163          * in advance, adding the number of processes that are
2164          * expected to be associated with new_bfqq as they happen to
2165          * issue I/O.
2166          */
2167         new_bfqq->ref += process_refs;
2168         return new_bfqq;
2169 }
2170
2171 static bool bfq_may_be_close_cooperator(struct bfq_queue *bfqq,
2172                                         struct bfq_queue *new_bfqq)
2173 {
2174         if (bfq_too_late_for_merging(new_bfqq))
2175                 return false;
2176
2177         if (bfq_class_idle(bfqq) || bfq_class_idle(new_bfqq) ||
2178             (bfqq->ioprio_class != new_bfqq->ioprio_class))
2179                 return false;
2180
2181         /*
2182          * If either of the queues has already been detected as seeky,
2183          * then merging it with the other queue is unlikely to lead to
2184          * sequential I/O.
2185          */
2186         if (BFQQ_SEEKY(bfqq) || BFQQ_SEEKY(new_bfqq))
2187                 return false;
2188
2189         /*
2190          * Interleaved I/O is known to be done by (some) applications
2191          * only for reads, so it does not make sense to merge async
2192          * queues.
2193          */
2194         if (!bfq_bfqq_sync(bfqq) || !bfq_bfqq_sync(new_bfqq))
2195                 return false;
2196
2197         return true;
2198 }
2199
2200 /*
2201  * Attempt to schedule a merge of bfqq with the currently in-service
2202  * queue or with a close queue among the scheduled queues.  Return
2203  * NULL if no merge was scheduled, a pointer to the shared bfq_queue
2204  * structure otherwise.
2205  *
2206  * The OOM queue is not allowed to participate to cooperation: in fact, since
2207  * the requests temporarily redirected to the OOM queue could be redirected
2208  * again to dedicated queues at any time, the state needed to correctly
2209  * handle merging with the OOM queue would be quite complex and expensive
2210  * to maintain. Besides, in such a critical condition as an out of memory,
2211  * the benefits of queue merging may be little relevant, or even negligible.
2212  *
2213  * WARNING: queue merging may impair fairness among non-weight raised
2214  * queues, for at least two reasons: 1) the original weight of a
2215  * merged queue may change during the merged state, 2) even being the
2216  * weight the same, a merged queue may be bloated with many more
2217  * requests than the ones produced by its originally-associated
2218  * process.
2219  */
2220 static struct bfq_queue *
2221 bfq_setup_cooperator(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
2222                      void *io_struct, bool request)
2223 {
2224         struct bfq_queue *in_service_bfqq, *new_bfqq;
2225
2226         /* if a merge has already been setup, then proceed with that first */
2227         if (bfqq->new_bfqq)
2228                 return bfqq->new_bfqq;
2229
2230         /*
2231          * Prevent bfqq from being merged if it has been created too
2232          * long ago. The idea is that true cooperating processes, and
2233          * thus their associated bfq_queues, are supposed to be
2234          * created shortly after each other. This is the case, e.g.,
2235          * for KVM/QEMU and dump I/O threads. Basing on this
2236          * assumption, the following filtering greatly reduces the
2237          * probability that two non-cooperating processes, which just
2238          * happen to do close I/O for some short time interval, have
2239          * their queues merged by mistake.
2240          */
2241         if (bfq_too_late_for_merging(bfqq))
2242                 return NULL;
2243
2244         if (!io_struct || unlikely(bfqq == &bfqd->oom_bfqq))
2245                 return NULL;
2246
2247         /* If there is only one backlogged queue, don't search. */
2248         if (bfqd->busy_queues == 1)
2249                 return NULL;
2250
2251         in_service_bfqq = bfqd->in_service_queue;
2252
2253         if (in_service_bfqq && in_service_bfqq != bfqq &&
2254             likely(in_service_bfqq != &bfqd->oom_bfqq) &&
2255             bfq_rq_close_to_sector(io_struct, request,
2256                                    bfqd->in_serv_last_pos) &&
2257             bfqq->entity.parent == in_service_bfqq->entity.parent &&
2258             bfq_may_be_close_cooperator(bfqq, in_service_bfqq)) {
2259                 new_bfqq = bfq_setup_merge(bfqq, in_service_bfqq);
2260                 if (new_bfqq)
2261                         return new_bfqq;
2262         }
2263         /*
2264          * Check whether there is a cooperator among currently scheduled
2265          * queues. The only thing we need is that the bio/request is not
2266          * NULL, as we need it to establish whether a cooperator exists.
2267          */
2268         new_bfqq = bfq_find_close_cooperator(bfqd, bfqq,
2269                         bfq_io_struct_pos(io_struct, request));
2270
2271         if (new_bfqq && likely(new_bfqq != &bfqd->oom_bfqq) &&
2272             bfq_may_be_close_cooperator(bfqq, new_bfqq))
2273                 return bfq_setup_merge(bfqq, new_bfqq);
2274
2275         return NULL;
2276 }
2277
2278 static void bfq_bfqq_save_state(struct bfq_queue *bfqq)
2279 {
2280         struct bfq_io_cq *bic = bfqq->bic;
2281
2282         /*
2283          * If !bfqq->bic, the queue is already shared or its requests
2284          * have already been redirected to a shared queue; both idle window
2285          * and weight raising state have already been saved. Do nothing.
2286          */
2287         if (!bic)
2288                 return;
2289
2290         bic->saved_ttime = bfqq->ttime;
2291         bic->saved_has_short_ttime = bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
2292         bic->saved_IO_bound = bfq_bfqq_IO_bound(bfqq);
2293         bic->saved_in_large_burst = bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq);
2294         bic->was_in_burst_list = !hlist_unhashed(&bfqq->burst_list_node);
2295         if (unlikely(bfq_bfqq_just_created(bfqq) &&
2296                      !bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq) &&
2297                      bfqq->bfqd->low_latency)) {
2298                 /*
2299                  * bfqq being merged right after being created: bfqq
2300                  * would have deserved interactive weight raising, but
2301                  * did not make it to be set in a weight-raised state,
2302                  * because of this early merge. Store directly the
2303                  * weight-raising state that would have been assigned
2304                  * to bfqq, so that to avoid that bfqq unjustly fails
2305                  * to enjoy weight raising if split soon.
2306                  */
2307                 bic->saved_wr_coeff = bfqq->bfqd->bfq_wr_coeff;
2308                 bic->saved_wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqq->bfqd);
2309                 bic->saved_last_wr_start_finish = jiffies;
2310         } else {
2311                 bic->saved_wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
2312                 bic->saved_wr_start_at_switch_to_srt =
2313                         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt;
2314                 bic->saved_last_wr_start_finish = bfqq->last_wr_start_finish;
2315                 bic->saved_wr_cur_max_time = bfqq->wr_cur_max_time;
2316         }
2317 }
2318
2319 static void
2320 bfq_merge_bfqqs(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_io_cq *bic,
2321                 struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_queue *new_bfqq)
2322 {
2323         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "merging with queue %lu",
2324                 (unsigned long)new_bfqq->pid);
2325         /* Save weight raising and idle window of the merged queues */
2326         bfq_bfqq_save_state(bfqq);
2327         bfq_bfqq_save_state(new_bfqq);
2328         if (bfq_bfqq_IO_bound(bfqq))
2329                 bfq_mark_bfqq_IO_bound(new_bfqq);
2330         bfq_clear_bfqq_IO_bound(bfqq);
2331
2332         /*
2333          * If bfqq is weight-raised, then let new_bfqq inherit
2334          * weight-raising. To reduce false positives, neglect the case
2335          * where bfqq has just been created, but has not yet made it
2336          * to be weight-raised (which may happen because EQM may merge
2337          * bfqq even before bfq_add_request is executed for the first
2338          * time for bfqq). Handling this case would however be very
2339          * easy, thanks to the flag just_created.
2340          */
2341         if (new_bfqq->wr_coeff == 1 && bfqq->wr_coeff > 1) {
2342                 new_bfqq->wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
2343                 new_bfqq->wr_cur_max_time = bfqq->wr_cur_max_time;
2344                 new_bfqq->last_wr_start_finish = bfqq->last_wr_start_finish;
2345                 new_bfqq->wr_start_at_switch_to_srt =
2346                         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt;
2347                 if (bfq_bfqq_busy(new_bfqq))
2348                         bfqd->wr_busy_queues++;
2349                 new_bfqq->entity.prio_changed = 1;
2350         }
2351
2352         if (bfqq->wr_coeff > 1) { /* bfqq has given its wr to new_bfqq */
2353                 bfqq->wr_coeff = 1;
2354                 bfqq->entity.prio_changed = 1;
2355                 if (bfq_bfqq_busy(bfqq))
2356                         bfqd->wr_busy_queues--;
2357         }
2358
2359         bfq_log_bfqq(bfqd, new_bfqq, "merge_bfqqs: wr_busy %d",
2360                      bfqd->wr_busy_queues);
2361
2362         /*
2363          * Merge queues (that is, let bic redirect its requests to new_bfqq)
2364          */
2365         bic_set_bfqq(bic, new_bfqq, 1);
2366         bfq_mark_bfqq_coop(new_bfqq);
2367         /*
2368          * new_bfqq now belongs to at least two bics (it is a shared queue):
2369          * set new_bfqq->bic to NULL. bfqq either:
2370          * - does not belong to any bic any more, and hence bfqq->bic must
2371          *   be set to NULL, or
2372          * - is a queue whose owning bics have already been redirected to a
2373          *   different queue, hence the queue is destined to not belong to
2374          *   any bic soon and bfqq->bic is already NULL (therefore the next
2375          *   assignment causes no harm).
2376          */
2377         new_bfqq->bic = NULL;
2378         bfqq->bic = NULL;
2379         /* release process reference to bfqq */
2380         bfq_put_queue(bfqq);
2381 }
2382
2383 static bool bfq_allow_bio_merge(struct request_queue *q, struct request *rq,
2384                                 struct bio *bio)
2385 {
2386         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
2387         bool is_sync = op_is_sync(bio->bi_opf);
2388         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->bio_bfqq, *new_bfqq;
2389
2390         /*
2391          * Disallow merge of a sync bio into an async request.
2392          */
2393         if (is_sync && !rq_is_sync(rq))
2394                 return false;
2395
2396         /*
2397          * Lookup the bfqq that this bio will be queued with. Allow
2398          * merge only if rq is queued there.
2399          */
2400         if (!bfqq)
2401                 return false;
2402
2403         /*
2404          * We take advantage of this function to perform an early merge
2405          * of the queues of possible cooperating processes.
2406          */
2407         new_bfqq = bfq_setup_cooperator(bfqd, bfqq, bio, false);
2408         if (new_bfqq) {
2409                 /*
2410                  * bic still points to bfqq, then it has not yet been
2411                  * redirected to some other bfq_queue, and a queue
2412                  * merge beween bfqq and new_bfqq can be safely
2413                  * fulfillled, i.e., bic can be redirected to new_bfqq
2414                  * and bfqq can be put.
2415                  */
2416                 bfq_merge_bfqqs(bfqd, bfqd->bio_bic, bfqq,
2417                                 new_bfqq);
2418                 /*
2419                  * If we get here, bio will be queued into new_queue,
2420                  * so use new_bfqq to decide whether bio and rq can be
2421                  * merged.
2422                  */
2423                 bfqq = new_bfqq;
2424
2425                 /*
2426                  * Change also bqfd->bio_bfqq, as
2427                  * bfqd->bio_bic now points to new_bfqq, and
2428                  * this function may be invoked again (and then may
2429                  * use again bqfd->bio_bfqq).
2430                  */
2431                 bfqd->bio_bfqq = bfqq;
2432         }
2433
2434         return bfqq == RQ_BFQQ(rq);
2435 }
2436
2437 /*
2438  * Set the maximum time for the in-service queue to consume its
2439  * budget. This prevents seeky processes from lowering the throughput.
2440  * In practice, a time-slice service scheme is used with seeky
2441  * processes.
2442  */
2443 static void bfq_set_budget_timeout(struct bfq_data *bfqd,
2444                                    struct bfq_queue *bfqq)
2445 {
2446         unsigned int timeout_coeff;
2447
2448         if (bfqq->wr_cur_max_time == bfqd->bfq_wr_rt_max_time)
2449                 timeout_coeff = 1;
2450         else
2451                 timeout_coeff = bfqq->entity.weight / bfqq->entity.orig_weight;
2452
2453         bfqd->last_budget_start = ktime_get();
2454
2455         bfqq->budget_timeout = jiffies +
2456                 bfqd->bfq_timeout * timeout_coeff;
2457 }
2458
2459 static void __bfq_set_in_service_queue(struct bfq_data *bfqd,
2460                                        struct bfq_queue *bfqq)
2461 {
2462         if (bfqq) {
2463                 bfq_clear_bfqq_fifo_expire(bfqq);
2464
2465                 bfqd->budgets_assigned = (bfqd->budgets_assigned * 7 + 256) / 8;
2466
2467                 if (time_is_before_jiffies(bfqq->last_wr_start_finish) &&
2468                     bfqq->wr_coeff > 1 &&
2469                     bfqq->wr_cur_max_time == bfqd->bfq_wr_rt_max_time &&
2470                     time_is_before_jiffies(bfqq->budget_timeout)) {
2471                         /*
2472                          * For soft real-time queues, move the start
2473                          * of the weight-raising period forward by the
2474                          * time the queue has not received any
2475                          * service. Otherwise, a relatively long
2476                          * service delay is likely to cause the
2477                          * weight-raising period of the queue to end,
2478                          * because of the short duration of the
2479                          * weight-raising period of a soft real-time
2480                          * queue.  It is worth noting that this move
2481                          * is not so dangerous for the other queues,
2482                          * because soft real-time queues are not
2483                          * greedy.
2484                          *
2485                          * To not add a further variable, we use the
2486                          * overloaded field budget_timeout to
2487                          * determine for how long the queue has not
2488                          * received service, i.e., how much time has
2489                          * elapsed since the queue expired. However,
2490                          * this is a little imprecise, because
2491                          * budget_timeout is set to jiffies if bfqq
2492                          * not only expires, but also remains with no
2493                          * request.
2494                          */
2495                         if (time_after(bfqq->budget_timeout,
2496                                        bfqq->last_wr_start_finish))
2497                                 bfqq->last_wr_start_finish +=
2498                                         jiffies - bfqq->budget_timeout;
2499                         else
2500                                 bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
2501                 }
2502
2503                 bfq_set_budget_timeout(bfqd, bfqq);
2504                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq,
2505                              "set_in_service_queue, cur-budget = %d",
2506                              bfqq->entity.budget);
2507         }
2508
2509         bfqd->in_service_queue = bfqq;
2510         bfqd->in_serv_last_pos = 0;
2511 }
2512
2513 /*
2514  * Get and set a new queue for service.
2515  */
2516 static struct bfq_queue *bfq_set_in_service_queue(struct bfq_data *bfqd)
2517 {
2518         struct bfq_queue *bfqq = bfq_get_next_queue(bfqd);
2519
2520         __bfq_set_in_service_queue(bfqd, bfqq);
2521         return bfqq;
2522 }
2523
2524 static void bfq_arm_slice_timer(struct bfq_data *bfqd)
2525 {
2526         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->in_service_queue;
2527         u32 sl;
2528
2529         bfq_mark_bfqq_wait_request(bfqq);
2530
2531         /*
2532          * We don't want to idle for seeks, but we do want to allow
2533          * fair distribution of slice time for a process doing back-to-back
2534          * seeks. So allow a little bit of time for him to submit a new rq.
2535          */
2536         sl = bfqd->bfq_slice_idle;
2537         /*
2538          * Unless the queue is being weight-raised or the scenario is
2539          * asymmetric, grant only minimum idle time if the queue
2540          * is seeky. A long idling is preserved for a weight-raised
2541          * queue, or, more in general, in an asymmetric scenario,
2542          * because a long idling is needed for guaranteeing to a queue
2543          * its reserved share of the throughput (in particular, it is
2544          * needed if the queue has a higher weight than some other
2545          * queue).
2546          */
2547         if (BFQQ_SEEKY(bfqq) && bfqq->wr_coeff == 1 &&
2548             bfq_symmetric_scenario(bfqd))
2549                 sl = min_t(u64, sl, BFQ_MIN_TT);
2550         else if (bfqq->wr_coeff > 1)
2551                 sl = max_t(u32, sl, 20ULL * NSEC_PER_MSEC);
2552
2553         bfqd->last_idling_start = ktime_get();
2554         hrtimer_start(&bfqd->idle_slice_timer, ns_to_ktime(sl),
2555                       HRTIMER_MODE_REL);
2556         bfqg_stats_set_start_idle_time(bfqq_group(bfqq));
2557 }
2558
2559 /*
2560  * In autotuning mode, max_budget is dynamically recomputed as the
2561  * amount of sectors transferred in timeout at the estimated peak
2562  * rate. This enables BFQ to utilize a full timeslice with a full
2563  * budget, even if the in-service queue is served at peak rate. And
2564  * this maximises throughput with sequential workloads.
2565  */
2566 static unsigned long bfq_calc_max_budget(struct bfq_data *bfqd)
2567 {
2568         return (u64)bfqd->peak_rate * USEC_PER_MSEC *
2569                 jiffies_to_msecs(bfqd->bfq_timeout)>>BFQ_RATE_SHIFT;
2570 }
2571
2572 /*
2573  * Update parameters related to throughput and responsiveness, as a
2574  * function of the estimated peak rate. See comments on
2575  * bfq_calc_max_budget(), and on the ref_wr_duration array.
2576  */
2577 static void update_thr_responsiveness_params(struct bfq_data *bfqd)
2578 {
2579         if (bfqd->bfq_user_max_budget == 0) {
2580                 bfqd->bfq_max_budget =
2581                         bfq_calc_max_budget(bfqd);
2582                 bfq_log(bfqd, "new max_budget = %d", bfqd->bfq_max_budget);
2583         }
2584 }
2585
2586 static void bfq_reset_rate_computation(struct bfq_data *bfqd,
2587                                        struct request *rq)
2588 {
2589         if (rq != NULL) { /* new rq dispatch now, reset accordingly */
2590                 bfqd->last_dispatch = bfqd->first_dispatch = ktime_get_ns();
2591                 bfqd->peak_rate_samples = 1;
2592                 bfqd->sequential_samples = 0;
2593                 bfqd->tot_sectors_dispatched = bfqd->last_rq_max_size =
2594                         blk_rq_sectors(rq);
2595         } else /* no new rq dispatched, just reset the number of samples */
2596                 bfqd->peak_rate_samples = 0; /* full re-init on next disp. */
2597
2598         bfq_log(bfqd,
2599                 "reset_rate_computation at end, sample %u/%u tot_sects %llu",
2600                 bfqd->peak_rate_samples, bfqd->sequential_samples,
2601                 bfqd->tot_sectors_dispatched);
2602 }
2603
2604 static void bfq_update_rate_reset(struct bfq_data *bfqd, struct request *rq)
2605 {
2606         u32 rate, weight, divisor;
2607
2608         /*
2609          * For the convergence property to hold (see comments on
2610          * bfq_update_peak_rate()) and for the assessment to be
2611          * reliable, a minimum number of samples must be present, and
2612          * a minimum amount of time must have elapsed. If not so, do
2613          * not compute new rate. Just reset parameters, to get ready
2614          * for a new evaluation attempt.
2615          */
2616         if (bfqd->peak_rate_samples < BFQ_RATE_MIN_SAMPLES ||
2617             bfqd->delta_from_first < BFQ_RATE_MIN_INTERVAL)
2618                 goto reset_computation;
2619
2620         /*
2621          * If a new request completion has occurred after last
2622          * dispatch, then, to approximate the rate at which requests
2623          * have been served by the device, it is more precise to
2624          * extend the observation interval to the last completion.
2625          */
2626         bfqd->delta_from_first =
2627                 max_t(u64, bfqd->delta_from_first,
2628                       bfqd->last_completion - bfqd->first_dispatch);
2629
2630         /*
2631          * Rate computed in sects/usec, and not sects/nsec, for
2632          * precision issues.
2633          */
2634         rate = div64_ul(bfqd->tot_sectors_dispatched<<BFQ_RATE_SHIFT,
2635                         div_u64(bfqd->delta_from_first, NSEC_PER_USEC));
2636
2637         /*
2638          * Peak rate not updated if:
2639          * - the percentage of sequential dispatches is below 3/4 of the
2640          *   total, and rate is below the current estimated peak rate
2641          * - rate is unreasonably high (> 20M sectors/sec)
2642          */
2643         if ((bfqd->sequential_samples < (3 * bfqd->peak_rate_samples)>>2 &&
2644              rate <= bfqd->peak_rate) ||
2645                 rate > 20<<BFQ_RATE_SHIFT)
2646                 goto reset_computation;
2647
2648         /*
2649          * We have to update the peak rate, at last! To this purpose,
2650          * we use a low-pass filter. We compute the smoothing constant
2651          * of the filter as a function of the 'weight' of the new
2652          * measured rate.
2653          *
2654          * As can be seen in next formulas, we define this weight as a
2655          * quantity proportional to how sequential the workload is,
2656          * and to how long the observation time interval is.
2657          *
2658          * The weight runs from 0 to 8. The maximum value of the
2659          * weight, 8, yields the minimum value for the smoothing
2660          * constant. At this minimum value for the smoothing constant,
2661          * the measured rate contributes for half of the next value of
2662          * the estimated peak rate.
2663          *
2664          * So, the first step is to compute the weight as a function
2665          * of how sequential the workload is. Note that the weight
2666          * cannot reach 9, because bfqd->sequential_samples cannot
2667          * become equal to bfqd->peak_rate_samples, which, in its
2668          * turn, holds true because bfqd->sequential_samples is not
2669          * incremented for the first sample.
2670          */
2671         weight = (9 * bfqd->sequential_samples) / bfqd->peak_rate_samples;
2672
2673         /*
2674          * Second step: further refine the weight as a function of the
2675          * duration of the observation interval.
2676          */
2677         weight = min_t(u32, 8,
2678                        div_u64(weight * bfqd->delta_from_first,
2679                                BFQ_RATE_REF_INTERVAL));
2680
2681         /*
2682          * Divisor ranging from 10, for minimum weight, to 2, for
2683          * maximum weight.
2684          */
2685         divisor = 10 - weight;
2686
2687         /*
2688          * Finally, update peak rate:
2689          *
2690          * peak_rate = peak_rate * (divisor-1) / divisor  +  rate / divisor
2691          */
2692         bfqd->peak_rate *= divisor-1;
2693         bfqd->peak_rate /= divisor;
2694         rate /= divisor; /* smoothing constant alpha = 1/divisor */
2695
2696         bfqd->peak_rate += rate;
2697
2698         /*
2699          * For a very slow device, bfqd->peak_rate can reach 0 (see
2700          * the minimum representable values reported in the comments
2701          * on BFQ_RATE_SHIFT). Push to 1 if this happens, to avoid
2702          * divisions by zero where bfqd->peak_rate is used as a
2703          * divisor.
2704          */
2705         bfqd->peak_rate = max_t(u32, 1, bfqd->peak_rate);
2706
2707         update_thr_responsiveness_params(bfqd);
2708
2709 reset_computation:
2710         bfq_reset_rate_computation(bfqd, rq);
2711 }
2712
2713 /*
2714  * Update the read/write peak rate (the main quantity used for
2715  * auto-tuning, see update_thr_responsiveness_params()).
2716  *
2717  * It is not trivial to estimate the peak rate (correctly): because of
2718  * the presence of sw and hw queues between the scheduler and the
2719  * device components that finally serve I/O requests, it is hard to
2720  * say exactly when a given dispatched request is served inside the
2721  * device, and for how long. As a consequence, it is hard to know
2722  * precisely at what rate a given set of requests is actually served
2723  * by the device.
2724  *
2725  * On the opposite end, the dispatch time of any request is trivially
2726  * available, and, from this piece of information, the "dispatch rate"
2727  * of requests can be immediately computed. So, the idea in the next
2728  * function is to use what is known, namely request dispatch times
2729  * (plus, when useful, request completion times), to estimate what is
2730  * unknown, namely in-device request service rate.
2731  *
2732  * The main issue is that, because of the above facts, the rate at
2733  * which a certain set of requests is dispatched over a certain time
2734  * interval can vary greatly with respect to the rate at which the
2735  * same requests are then served. But, since the size of any
2736  * intermediate queue is limited, and the service scheme is lossless
2737  * (no request is silently dropped), the following obvious convergence
2738  * property holds: the number of requests dispatched MUST become
2739  * closer and closer to the number of requests completed as the
2740  * observation interval grows. This is the key property used in
2741  * the next function to estimate the peak service rate as a function
2742  * of the observed dispatch rate. The function assumes to be invoked
2743  * on every request dispatch.
2744  */
2745 static void bfq_update_peak_rate(struct bfq_data *bfqd, struct request *rq)
2746 {
2747         u64 now_ns = ktime_get_ns();
2748
2749         if (bfqd->peak_rate_samples == 0) { /* first dispatch */
2750                 bfq_log(bfqd, "update_peak_rate: goto reset, samples %d",
2751                         bfqd->peak_rate_samples);
2752                 bfq_reset_rate_computation(bfqd, rq);
2753                 goto update_last_values; /* will add one sample */
2754         }
2755
2756         /*
2757          * Device idle for very long: the observation interval lasting
2758          * up to this dispatch cannot be a valid observation interval
2759          * for computing a new peak rate (similarly to the late-
2760          * completion event in bfq_completed_request()). Go to
2761          * update_rate_and_reset to have the following three steps
2762          * taken:
2763          * - close the observation interval at the last (previous)
2764          *   request dispatch or completion
2765          * - compute rate, if possible, for that observation interval
2766          * - start a new observation interval with this dispatch
2767          */
2768         if (now_ns - bfqd->last_dispatch > 100*NSEC_PER_MSEC &&
2769             bfqd->rq_in_driver == 0)
2770                 goto update_rate_and_reset;
2771
2772         /* Update sampling information */
2773         bfqd->peak_rate_samples++;
2774
2775         if ((bfqd->rq_in_driver > 0 ||
2776                 now_ns - bfqd->last_completion < BFQ_MIN_TT)
2777              && get_sdist(bfqd->last_position, rq) < BFQQ_SEEK_THR)
2778                 bfqd->sequential_samples++;
2779
2780         bfqd->tot_sectors_dispatched += blk_rq_sectors(rq);
2781
2782         /* Reset max observed rq size every 32 dispatches */
2783         if (likely(bfqd->peak_rate_samples % 32))
2784                 bfqd->last_rq_max_size =
2785                         max_t(u32, blk_rq_sectors(rq), bfqd->last_rq_max_size);
2786         else
2787                 bfqd->last_rq_max_size = blk_rq_sectors(rq);
2788
2789         bfqd->delta_from_first = now_ns - bfqd->first_dispatch;
2790
2791         /* Target observation interval not yet reached, go on sampling */
2792         if (bfqd->delta_from_first < BFQ_RATE_REF_INTERVAL)
2793                 goto update_last_values;
2794
2795 update_rate_and_reset:
2796         bfq_update_rate_reset(bfqd, rq);
2797 update_last_values:
2798         bfqd->last_position = blk_rq_pos(rq) + blk_rq_sectors(rq);
2799         if (RQ_BFQQ(rq) == bfqd->in_service_queue)
2800                 bfqd->in_serv_last_pos = bfqd->last_position;
2801         bfqd->last_dispatch = now_ns;
2802 }
2803
2804 /*
2805  * Remove request from internal lists.
2806  */
2807 static void bfq_dispatch_remove(struct request_queue *q, struct request *rq)
2808 {
2809         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
2810
2811         /*
2812          * For consistency, the next instruction should have been
2813          * executed after removing the request from the queue and
2814          * dispatching it.  We execute instead this instruction before
2815          * bfq_remove_request() (and hence introduce a temporary
2816          * inconsistency), for efficiency.  In fact, should this
2817          * dispatch occur for a non in-service bfqq, this anticipated
2818          * increment prevents two counters related to bfqq->dispatched
2819          * from risking to be, first, uselessly decremented, and then
2820          * incremented again when the (new) value of bfqq->dispatched
2821          * happens to be taken into account.
2822          */
2823         bfqq->dispatched++;
2824         bfq_update_peak_rate(q->elevator->elevator_data, rq);
2825
2826         bfq_remove_request(q, rq);
2827 }
2828
2829 static bool __bfq_bfqq_expire(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
2830 {
2831         /*
2832          * If this bfqq is shared between multiple processes, check
2833          * to make sure that those processes are still issuing I/Os
2834          * within the mean seek distance. If not, it may be time to
2835          * break the queues apart again.
2836          */
2837         if (bfq_bfqq_coop(bfqq) && BFQQ_SEEKY(bfqq))
2838                 bfq_mark_bfqq_split_coop(bfqq);
2839
2840         if (RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list)) {
2841                 if (bfqq->dispatched == 0)
2842                         /*
2843                          * Overloading budget_timeout field to store
2844                          * the time at which the queue remains with no
2845                          * backlog and no outstanding request; used by
2846                          * the weight-raising mechanism.
2847                          */
2848                         bfqq->budget_timeout = jiffies;
2849
2850                 bfq_del_bfqq_busy(bfqd, bfqq, true);
2851         } else {
2852                 bfq_requeue_bfqq(bfqd, bfqq, true);
2853                 /*
2854                  * Resort priority tree of potential close cooperators.
2855                  */
2856                 bfq_pos_tree_add_move(bfqd, bfqq);
2857         }
2858
2859         /*
2860          * All in-service entities must have been properly deactivated
2861          * or requeued before executing the next function, which
2862          * resets all in-service entities as no more in service. This
2863          * may cause bfqq to be freed. If this happens, the next
2864          * function returns true.
2865          */
2866         return __bfq_bfqd_reset_in_service(bfqd);
2867 }
2868
2869 /**
2870  * __bfq_bfqq_recalc_budget - try to adapt the budget to the @bfqq behavior.
2871  * @bfqd: device data.
2872  * @bfqq: queue to update.
2873  * @reason: reason for expiration.
2874  *
2875  * Handle the feedback on @bfqq budget at queue expiration.
2876  * See the body for detailed comments.
2877  */
2878 static void __bfq_bfqq_recalc_budget(struct bfq_data *bfqd,
2879                                      struct bfq_queue *bfqq,
2880                                      enum bfqq_expiration reason)
2881 {
2882         struct request *next_rq;
2883         int budget, min_budget;
2884
2885         min_budget = bfq_min_budget(bfqd);
2886
2887         if (bfqq->wr_coeff == 1)
2888                 budget = bfqq->max_budget;
2889         else /*
2890               * Use a constant, low budget for weight-raised queues,
2891               * to help achieve a low latency. Keep it slightly higher
2892               * than the minimum possible budget, to cause a little
2893               * bit fewer expirations.
2894               */
2895                 budget = 2 * min_budget;
2896
2897         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "recalc_budg: last budg %d, budg left %d",
2898                 bfqq->entity.budget, bfq_bfqq_budget_left(bfqq));
2899         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "recalc_budg: last max_budg %d, min budg %d",
2900                 budget, bfq_min_budget(bfqd));
2901         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "recalc_budg: sync %d, seeky %d",
2902                 bfq_bfqq_sync(bfqq), BFQQ_SEEKY(bfqd->in_service_queue));
2903
2904         if (bfq_bfqq_sync(bfqq) && bfqq->wr_coeff == 1) {
2905                 switch (reason) {
2906                 /*
2907                  * Caveat: in all the following cases we trade latency
2908                  * for throughput.
2909                  */
2910                 case BFQQE_TOO_IDLE:
2911                         /*
2912                          * This is the only case where we may reduce
2913                          * the budget: if there is no request of the
2914                          * process still waiting for completion, then
2915                          * we assume (tentatively) that the timer has
2916                          * expired because the batch of requests of
2917                          * the process could have been served with a
2918                          * smaller budget.  Hence, betting that
2919                          * process will behave in the same way when it
2920                          * becomes backlogged again, we reduce its
2921                          * next budget.  As long as we guess right,
2922                          * this budget cut reduces the latency
2923                          * experienced by the process.
2924                          *
2925                          * However, if there are still outstanding
2926                          * requests, then the process may have not yet
2927                          * issued its next request just because it is
2928                          * still waiting for the completion of some of
2929                          * the still outstanding ones.  So in this
2930                          * subcase we do not reduce its budget, on the
2931                          * contrary we increase it to possibly boost
2932                          * the throughput, as discussed in the
2933                          * comments to the BUDGET_TIMEOUT case.
2934                          */
2935                         if (bfqq->dispatched > 0) /* still outstanding reqs */
2936                                 budget = min(budget * 2, bfqd->bfq_max_budget);
2937                         else {
2938                                 if (budget > 5 * min_budget)
2939                                         budget -= 4 * min_budget;
2940                                 else
2941                                         budget = min_budget;
2942                         }
2943                         break;
2944                 case BFQQE_BUDGET_TIMEOUT:
2945                         /*
2946                          * We double the budget here because it gives
2947                          * the chance to boost the throughput if this
2948                          * is not a seeky process (and has bumped into
2949                          * this timeout because of, e.g., ZBR).
2950                          */
2951                         budget = min(budget * 2, bfqd->bfq_max_budget);
2952                         break;
2953                 case BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED:
2954                         /*
2955                          * The process still has backlog, and did not
2956                          * let either the budget timeout or the disk
2957                          * idling timeout expire. Hence it is not
2958                          * seeky, has a short thinktime and may be
2959                          * happy with a higher budget too. So
2960                          * definitely increase the budget of this good
2961                          * candidate to boost the disk throughput.
2962                          */
2963                         budget = min(budget * 4, bfqd->bfq_max_budget);
2964                         break;
2965                 case BFQQE_NO_MORE_REQUESTS:
2966                         /*
2967                          * For queues that expire for this reason, it
2968                          * is particularly important to keep the
2969                          * budget close to the actual service they
2970                          * need. Doing so reduces the timestamp
2971                          * misalignment problem described in the
2972                          * comments in the body of
2973                          * __bfq_activate_entity. In fact, suppose
2974                          * that a queue systematically expires for
2975                          * BFQQE_NO_MORE_REQUESTS and presents a
2976                          * new request in time to enjoy timestamp
2977                          * back-shifting. The larger the budget of the
2978                          * queue is with respect to the service the
2979                          * queue actually requests in each service
2980                          * slot, the more times the queue can be
2981                          * reactivated with the same virtual finish
2982                          * time. It follows that, even if this finish
2983                          * time is pushed to the system virtual time
2984                          * to reduce the consequent timestamp
2985                          * misalignment, the queue unjustly enjoys for
2986                          * many re-activations a lower finish time
2987                          * than all newly activated queues.
2988                          *
2989                          * The service needed by bfqq is measured
2990                          * quite precisely by bfqq->entity.service.
2991                          * Since bfqq does not enjoy device idling,
2992                          * bfqq->entity.service is equal to the number
2993                          * of sectors that the process associated with
2994                          * bfqq requested to read/write before waiting
2995                          * for request completions, or blocking for
2996                          * other reasons.
2997                          */
2998                         budget = max_t(int, bfqq->entity.service, min_budget);
2999                         break;
3000                 default:
3001                         return;
3002                 }
3003         } else if (!bfq_bfqq_sync(bfqq)) {
3004                 /*
3005                  * Async queues get always the maximum possible
3006                  * budget, as for them we do not care about latency
3007                  * (in addition, their ability to dispatch is limited
3008                  * by the charging factor).
3009                  */
3010                 budget = bfqd->bfq_max_budget;
3011         }
3012
3013         bfqq->max_budget = budget;
3014
3015         if (bfqd->budgets_assigned >= bfq_stats_min_budgets &&
3016             !bfqd->bfq_user_max_budget)
3017                 bfqq->max_budget = min(bfqq->max_budget, bfqd->bfq_max_budget);
3018
3019         /*
3020          * If there is still backlog, then assign a new budget, making
3021          * sure that it is large enough for the next request.  Since
3022          * the finish time of bfqq must be kept in sync with the
3023          * budget, be sure to call __bfq_bfqq_expire() *after* this
3024          * update.
3025          *
3026          * If there is no backlog, then no need to update the budget;
3027          * it will be updated on the arrival of a new request.
3028          */
3029         next_rq = bfqq->next_rq;
3030         if (next_rq)
3031                 bfqq->entity.budget = max_t(unsigned long, bfqq->max_budget,
3032                                             bfq_serv_to_charge(next_rq, bfqq));
3033
3034         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "head sect: %u, new budget %d",
3035                         next_rq ? blk_rq_sectors(next_rq) : 0,
3036                         bfqq->entity.budget);
3037 }
3038
3039 /*
3040  * Return true if the process associated with bfqq is "slow". The slow
3041  * flag is used, in addition to the budget timeout, to reduce the
3042  * amount of service provided to seeky processes, and thus reduce
3043  * their chances to lower the throughput. More details in the comments
3044  * on the function bfq_bfqq_expire().
3045  *
3046  * An important observation is in order: as discussed in the comments
3047  * on the function bfq_update_peak_rate(), with devices with internal
3048  * queues, it is hard if ever possible to know when and for how long
3049  * an I/O request is processed by the device (apart from the trivial
3050  * I/O pattern where a new request is dispatched only after the
3051  * previous one has been completed). This makes it hard to evaluate
3052  * the real rate at which the I/O requests of each bfq_queue are
3053  * served.  In fact, for an I/O scheduler like BFQ, serving a
3054  * bfq_queue means just dispatching its requests during its service
3055  * slot (i.e., until the budget of the queue is exhausted, or the
3056  * queue remains idle, or, finally, a timeout fires). But, during the
3057  * service slot of a bfq_queue, around 100 ms at most, the device may
3058  * be even still processing requests of bfq_queues served in previous
3059  * service slots. On the opposite end, the requests of the in-service
3060  * bfq_queue may be completed after the service slot of the queue
3061  * finishes.
3062  *
3063  * Anyway, unless more sophisticated solutions are used
3064  * (where possible), the sum of the sizes of the requests dispatched
3065  * during the service slot of a bfq_queue is probably the only
3066  * approximation available for the service received by the bfq_queue
3067  * during its service slot. And this sum is the quantity used in this
3068  * function to evaluate the I/O speed of a process.
3069  */
3070 static bool bfq_bfqq_is_slow(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
3071                                  bool compensate, enum bfqq_expiration reason,
3072                                  unsigned long *delta_ms)
3073 {
3074         ktime_t delta_ktime;
3075         u32 delta_usecs;
3076         bool slow = BFQQ_SEEKY(bfqq); /* if delta too short, use seekyness */
3077
3078         if (!bfq_bfqq_sync(bfqq))
3079                 return false;
3080
3081         if (compensate)
3082                 delta_ktime = bfqd->last_idling_start;
3083         else
3084                 delta_ktime = ktime_get();
3085         delta_ktime = ktime_sub(delta_ktime, bfqd->last_budget_start);
3086         delta_usecs = ktime_to_us(delta_ktime);
3087
3088         /* don't use too short time intervals */
3089         if (delta_usecs < 1000) {
3090                 if (blk_queue_nonrot(bfqd->queue))
3091                          /*
3092                           * give same worst-case guarantees as idling
3093                           * for seeky
3094                           */
3095                         *delta_ms = BFQ_MIN_TT / NSEC_PER_MSEC;
3096                 else /* charge at least one seek */
3097                         *delta_ms = bfq_slice_idle / NSEC_PER_MSEC;
3098
3099                 return slow;
3100         }
3101
3102         *delta_ms = delta_usecs / USEC_PER_MSEC;
3103
3104         /*
3105          * Use only long (> 20ms) intervals to filter out excessive
3106          * spikes in service rate estimation.
3107          */
3108         if (delta_usecs > 20000) {
3109                 /*
3110                  * Caveat for rotational devices: processes doing I/O
3111                  * in the slower disk zones tend to be slow(er) even
3112                  * if not seeky. In this respect, the estimated peak
3113                  * rate is likely to be an average over the disk
3114                  * surface. Accordingly, to not be too harsh with
3115                  * unlucky processes, a process is deemed slow only if
3116                  * its rate has been lower than half of the estimated
3117                  * peak rate.
3118                  */
3119                 slow = bfqq->entity.service < bfqd->bfq_max_budget / 2;
3120         }
3121
3122         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "bfq_bfqq_is_slow: slow %d", slow);
3123
3124         return slow;
3125 }
3126
3127 /*
3128  * To be deemed as soft real-time, an application must meet two
3129  * requirements. First, the application must not require an average
3130  * bandwidth higher than the approximate bandwidth required to playback or
3131  * record a compressed high-definition video.
3132  * The next function is invoked on the completion of the last request of a
3133  * batch, to compute the next-start time instant, soft_rt_next_start, such
3134  * that, if the next request of the application does not arrive before
3135  * soft_rt_next_start, then the above requirement on the bandwidth is met.
3136  *
3137  * The second requirement is that the request pattern of the application is
3138  * isochronous, i.e., that, after issuing a request or a batch of requests,
3139  * the application stops issuing new requests until all its pending requests
3140  * have been completed. After that, the application may issue a new batch,
3141  * and so on.
3142  * For this reason the next function is invoked to compute
3143  * soft_rt_next_start only for applications that meet this requirement,
3144  * whereas soft_rt_next_start is set to infinity for applications that do
3145  * not.
3146  *
3147  * Unfortunately, even a greedy (i.e., I/O-bound) application may
3148  * happen to meet, occasionally or systematically, both the above
3149  * bandwidth and isochrony requirements. This may happen at least in
3150  * the following circumstances. First, if the CPU load is high. The
3151  * application may stop issuing requests while the CPUs are busy
3152  * serving other processes, then restart, then stop again for a while,
3153  * and so on. The other circumstances are related to the storage
3154  * device: the storage device is highly loaded or reaches a low-enough
3155  * throughput with the I/O of the application (e.g., because the I/O
3156  * is random and/or the device is slow). In all these cases, the
3157  * I/O of the application may be simply slowed down enough to meet
3158  * the bandwidth and isochrony requirements. To reduce the probability
3159  * that greedy applications are deemed as soft real-time in these
3160  * corner cases, a further rule is used in the computation of
3161  * soft_rt_next_start: the return value of this function is forced to
3162  * be higher than the maximum between the following two quantities.
3163  *
3164  * (a) Current time plus: (1) the maximum time for which the arrival
3165  *     of a request is waited for when a sync queue becomes idle,
3166  *     namely bfqd->bfq_slice_idle, and (2) a few extra jiffies. We
3167  *     postpone for a moment the reason for adding a few extra
3168  *     jiffies; we get back to it after next item (b).  Lower-bounding
3169  *     the return value of this function with the current time plus
3170  *     bfqd->bfq_slice_idle tends to filter out greedy applications,
3171  *     because the latter issue their next request as soon as possible
3172  *     after the last one has been completed. In contrast, a soft
3173  *     real-time application spends some time processing data, after a
3174  *     batch of its requests has been completed.
3175  *
3176  * (b) Current value of bfqq->soft_rt_next_start. As pointed out
3177  *     above, greedy applications may happen to meet both the
3178  *     bandwidth and isochrony requirements under heavy CPU or
3179  *     storage-device load. In more detail, in these scenarios, these
3180  *     applications happen, only for limited time periods, to do I/O
3181  *     slowly enough to meet all the requirements described so far,
3182  *     including the filtering in above item (a). These slow-speed
3183  *     time intervals are usually interspersed between other time
3184  *     intervals during which these applications do I/O at a very high
3185  *     speed. Fortunately, exactly because of the high speed of the
3186  *     I/O in the high-speed intervals, the values returned by this
3187  *     function happen to be so high, near the end of any such
3188  *     high-speed interval, to be likely to fall *after* the end of
3189  *     the low-speed time interval that follows. These high values are
3190  *     stored in bfqq->soft_rt_next_start after each invocation of
3191  *     this function. As a consequence, if the last value of
3192  *     bfqq->soft_rt_next_start is constantly used to lower-bound the
3193  *     next value that this function may return, then, from the very
3194  *     beginning of a low-speed interval, bfqq->soft_rt_next_start is
3195  *     likely to be constantly kept so high that any I/O request
3196  *     issued during the low-speed interval is considered as arriving
3197  *     to soon for the application to be deemed as soft
3198  *     real-time. Then, in the high-speed interval that follows, the
3199  *     application will not be deemed as soft real-time, just because
3200  *     it will do I/O at a high speed. And so on.
3201  *
3202  * Getting back to the filtering in item (a), in the following two
3203  * cases this filtering might be easily passed by a greedy
3204  * application, if the reference quantity was just
3205  * bfqd->bfq_slice_idle:
3206  * 1) HZ is so low that the duration of a jiffy is comparable to or
3207  *    higher than bfqd->bfq_slice_idle. This happens, e.g., on slow
3208  *    devices with HZ=100. The time granularity may be so coarse
3209  *    that the approximation, in jiffies, of bfqd->bfq_slice_idle
3210  *    is rather lower than the exact value.
3211  * 2) jiffies, instead of increasing at a constant rate, may stop increasing
3212  *    for a while, then suddenly 'jump' by several units to recover the lost
3213  *    increments. This seems to happen, e.g., inside virtual machines.
3214  * To address this issue, in the filtering in (a) we do not use as a
3215  * reference time interval just bfqd->bfq_slice_idle, but
3216  * bfqd->bfq_slice_idle plus a few jiffies. In particular, we add the
3217  * minimum number of jiffies for which the filter seems to be quite
3218  * precise also in embedded systems and KVM/QEMU virtual machines.
3219  */
3220 static unsigned long bfq_bfqq_softrt_next_start(struct bfq_data *bfqd,
3221                                                 struct bfq_queue *bfqq)
3222 {
3223         return max3(bfqq->soft_rt_next_start,
3224                     bfqq->last_idle_bklogged +
3225                     HZ * bfqq->service_from_backlogged /
3226                     bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate,
3227                     jiffies + nsecs_to_jiffies(bfqq->bfqd->bfq_slice_idle) + 4);
3228 }
3229
3230 static bool bfq_bfqq_injectable(struct bfq_queue *bfqq)
3231 {
3232         return BFQQ_SEEKY(bfqq) && bfqq->wr_coeff == 1 &&
3233                 blk_queue_nonrot(bfqq->bfqd->queue) &&
3234                 bfqq->bfqd->hw_tag;
3235 }
3236
3237 /**
3238  * bfq_bfqq_expire - expire a queue.
3239  * @bfqd: device owning the queue.
3240  * @bfqq: the queue to expire.
3241  * @compensate: if true, compensate for the time spent idling.
3242  * @reason: the reason causing the expiration.
3243  *
3244  * If the process associated with bfqq does slow I/O (e.g., because it
3245  * issues random requests), we charge bfqq with the time it has been
3246  * in service instead of the service it has received (see
3247  * bfq_bfqq_charge_time for details on how this goal is achieved). As
3248  * a consequence, bfqq will typically get higher timestamps upon
3249  * reactivation, and hence it will be rescheduled as if it had
3250  * received more service than what it has actually received. In the
3251  * end, bfqq receives less service in proportion to how slowly its
3252  * associated process consumes its budgets (and hence how seriously it
3253  * tends to lower the throughput). In addition, this time-charging
3254  * strategy guarantees time fairness among slow processes. In
3255  * contrast, if the process associated with bfqq is not slow, we
3256  * charge bfqq exactly with the service it has received.
3257  *
3258  * Charging time to the first type of queues and the exact service to
3259  * the other has the effect of using the WF2Q+ policy to schedule the
3260  * former on a timeslice basis, without violating service domain
3261  * guarantees among the latter.
3262  */
3263 void bfq_bfqq_expire(struct bfq_data *bfqd,
3264                      struct bfq_queue *bfqq,
3265                      bool compensate,
3266                      enum bfqq_expiration reason)
3267 {
3268         bool slow;
3269         unsigned long delta = 0;
3270         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
3271
3272         /*
3273          * Check whether the process is slow (see bfq_bfqq_is_slow).
3274          */
3275         slow = bfq_bfqq_is_slow(bfqd, bfqq, compensate, reason, &delta);
3276
3277         /*
3278          * As above explained, charge slow (typically seeky) and
3279          * timed-out queues with the time and not the service
3280          * received, to favor sequential workloads.
3281          *
3282          * Processes doing I/O in the slower disk zones will tend to
3283          * be slow(er) even if not seeky. Therefore, since the
3284          * estimated peak rate is actually an average over the disk
3285          * surface, these processes may timeout just for bad luck. To
3286          * avoid punishing them, do not charge time to processes that
3287          * succeeded in consuming at least 2/3 of their budget. This
3288          * allows BFQ to preserve enough elasticity to still perform
3289          * bandwidth, and not time, distribution with little unlucky
3290          * or quasi-sequential processes.
3291          */
3292         if (bfqq->wr_coeff == 1 &&
3293             (slow ||
3294              (reason == BFQQE_BUDGET_TIMEOUT &&
3295               bfq_bfqq_budget_left(bfqq) >=  entity->budget / 3)))
3296                 bfq_bfqq_charge_time(bfqd, bfqq, delta);
3297
3298         if (reason == BFQQE_TOO_IDLE &&
3299             entity->service <= 2 * entity->budget / 10)
3300                 bfq_clear_bfqq_IO_bound(bfqq);
3301
3302         if (bfqd->low_latency && bfqq->wr_coeff == 1)
3303                 bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
3304
3305         if (bfqd->low_latency && bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate > 0 &&
3306             RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list)) {
3307                 /*
3308                  * If we get here, and there are no outstanding
3309                  * requests, then the request pattern is isochronous
3310                  * (see the comments on the function
3311                  * bfq_bfqq_softrt_next_start()). Thus we can compute
3312                  * soft_rt_next_start. If, instead, the queue still
3313                  * has outstanding requests, then we have to wait for
3314                  * the completion of all the outstanding requests to
3315                  * discover whether the request pattern is actually
3316                  * isochronous.
3317                  */
3318                 if (bfqq->dispatched == 0)
3319                         bfqq->soft_rt_next_start =
3320                                 bfq_bfqq_softrt_next_start(bfqd, bfqq);
3321                 else {
3322                         /*
3323                          * Schedule an update of soft_rt_next_start to when
3324                          * the task may be discovered to be isochronous.
3325                          */
3326                         bfq_mark_bfqq_softrt_update(bfqq);
3327                 }
3328         }
3329
3330         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq,
3331                 "expire (%d, slow %d, num_disp %d, short_ttime %d)", reason,
3332                 slow, bfqq->dispatched, bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq));
3333
3334         /*
3335          * Increase, decrease or leave budget unchanged according to
3336          * reason.
3337          */
3338         __bfq_bfqq_recalc_budget(bfqd, bfqq, reason);
3339         if (__bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq))
3340                 /* bfqq is gone, no more actions on it */
3341                 return;
3342
3343         bfqq->injected_service = 0;
3344
3345         /* mark bfqq as waiting a request only if a bic still points to it */
3346         if (!bfq_bfqq_busy(bfqq) &&
3347             reason != BFQQE_BUDGET_TIMEOUT &&
3348             reason != BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED) {
3349                 bfq_mark_bfqq_non_blocking_wait_rq(bfqq);
3350                 /*
3351                  * Not setting service to 0, because, if the next rq
3352                  * arrives in time, the queue will go on receiving
3353                  * service with this same budget (as if it never expired)
3354                  */
3355         } else
3356                 entity->service = 0;
3357
3358         /*
3359          * Reset the received-service counter for every parent entity.
3360          * Differently from what happens with bfqq->entity.service,
3361          * the resetting of this counter never needs to be postponed
3362          * for parent entities. In fact, in case bfqq may have a
3363          * chance to go on being served using the last, partially
3364          * consumed budget, bfqq->entity.service needs to be kept,
3365          * because if bfqq then actually goes on being served using
3366          * the same budget, the last value of bfqq->entity.service is
3367          * needed to properly decrement bfqq->entity.budget by the
3368          * portion already consumed. In contrast, it is not necessary
3369          * to keep entity->service for parent entities too, because
3370          * the bubble up of the new value of bfqq->entity.budget will
3371          * make sure that the budgets of parent entities are correct,
3372          * even in case bfqq and thus parent entities go on receiving
3373          * service with the same budget.
3374          */
3375         entity = entity->parent;
3376         for_each_entity(entity)
3377                 entity->service = 0;
3378 }
3379
3380 /*
3381  * Budget timeout is not implemented through a dedicated timer, but
3382  * just checked on request arrivals and completions, as well as on
3383  * idle timer expirations.
3384  */
3385 static bool bfq_bfqq_budget_timeout(struct bfq_queue *bfqq)
3386 {
3387         return time_is_before_eq_jiffies(bfqq->budget_timeout);
3388 }
3389
3390 /*
3391  * If we expire a queue that is actively waiting (i.e., with the
3392  * device idled) for the arrival of a new request, then we may incur
3393  * the timestamp misalignment problem described in the body of the
3394  * function __bfq_activate_entity. Hence we return true only if this
3395  * condition does not hold, or if the queue is slow enough to deserve
3396  * only to be kicked off for preserving a high throughput.
3397  */
3398 static bool bfq_may_expire_for_budg_timeout(struct bfq_queue *bfqq)
3399 {
3400         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq,
3401                 "may_budget_timeout: wait_request %d left %d timeout %d",
3402                 bfq_bfqq_wait_request(bfqq),
3403                         bfq_bfqq_budget_left(bfqq) >=  bfqq->entity.budget / 3,
3404                 bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq));
3405
3406         return (!bfq_bfqq_wait_request(bfqq) ||
3407                 bfq_bfqq_budget_left(bfqq) >=  bfqq->entity.budget / 3)
3408                 &&
3409                 bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq);
3410 }
3411
3412 /*
3413  * For a queue that becomes empty, device idling is allowed only if
3414  * this function returns true for the queue. As a consequence, since
3415  * device idling plays a critical role in both throughput boosting and
3416  * service guarantees, the return value of this function plays a
3417  * critical role in both these aspects as well.
3418  *
3419  * In a nutshell, this function returns true only if idling is
3420  * beneficial for throughput or, even if detrimental for throughput,
3421  * idling is however necessary to preserve service guarantees (low
3422  * latency, desired throughput distribution, ...). In particular, on
3423  * NCQ-capable devices, this function tries to return false, so as to
3424  * help keep the drives' internal queues full, whenever this helps the
3425  * device boost the throughput without causing any service-guarantee
3426  * issue.
3427  *
3428  * In more detail, the return value of this function is obtained by,
3429  * first, computing a number of boolean variables that take into
3430  * account throughput and service-guarantee issues, and, then,
3431  * combining these variables in a logical expression. Most of the
3432  * issues taken into account are not trivial. We discuss these issues
3433  * individually while introducing the variables.
3434  */
3435 static bool bfq_better_to_idle(struct bfq_queue *bfqq)
3436 {
3437         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
3438         bool rot_without_queueing =
3439                 !blk_queue_nonrot(bfqd->queue) && !bfqd->hw_tag,
3440                 bfqq_sequential_and_IO_bound,
3441                 idling_boosts_thr, idling_boosts_thr_without_issues,
3442                 idling_needed_for_service_guarantees,
3443                 asymmetric_scenario;
3444
3445         if (bfqd->strict_guarantees)
3446                 return true;
3447
3448         /*
3449          * Idling is performed only if slice_idle > 0. In addition, we
3450          * do not idle if
3451          * (a) bfqq is async
3452          * (b) bfqq is in the idle io prio class: in this case we do
3453          * not idle because we want to minimize the bandwidth that
3454          * queues in this class can steal to higher-priority queues
3455          */
3456         if (bfqd->bfq_slice_idle == 0 || !bfq_bfqq_sync(bfqq) ||
3457             bfq_class_idle(bfqq))
3458                 return false;
3459
3460         bfqq_sequential_and_IO_bound = !BFQQ_SEEKY(bfqq) &&
3461                 bfq_bfqq_IO_bound(bfqq) && bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
3462
3463         /*
3464          * The next variable takes into account the cases where idling
3465          * boosts the throughput.
3466          *
3467          * The value of the variable is computed considering, first, that
3468          * idling is virtually always beneficial for the throughput if:
3469          * (a) the device is not NCQ-capable and rotational, or
3470          * (b) regardless of the presence of NCQ, the device is rotational and
3471          *     the request pattern for bfqq is I/O-bound and sequential, or
3472          * (c) regardless of whether it is rotational, the device is
3473          *     not NCQ-capable and the request pattern for bfqq is
3474          *     I/O-bound and sequential.
3475          *
3476          * Secondly, and in contrast to the above item (b), idling an
3477          * NCQ-capable flash-based device would not boost the
3478          * throughput even with sequential I/O; rather it would lower
3479          * the throughput in proportion to how fast the device
3480          * is. Accordingly, the next variable is true if any of the
3481          * above conditions (a), (b) or (c) is true, and, in
3482          * particular, happens to be false if bfqd is an NCQ-capable
3483          * flash-based device.
3484          */
3485         idling_boosts_thr = rot_without_queueing ||
3486                 ((!blk_queue_nonrot(bfqd->queue) || !bfqd->hw_tag) &&
3487                  bfqq_sequential_and_IO_bound);
3488
3489         /*
3490          * The value of the next variable,
3491          * idling_boosts_thr_without_issues, is equal to that of
3492          * idling_boosts_thr, unless a special case holds. In this
3493          * special case, described below, idling may cause problems to
3494          * weight-raised queues.
3495          *
3496          * When the request pool is saturated (e.g., in the presence
3497          * of write hogs), if the processes associated with
3498          * non-weight-raised queues ask for requests at a lower rate,
3499          * then processes associated with weight-raised queues have a
3500          * higher probability to get a request from the pool
3501          * immediately (or at least soon) when they need one. Thus
3502          * they have a higher probability to actually get a fraction
3503          * of the device throughput proportional to their high
3504          * weight. This is especially true with NCQ-capable drives,
3505          * which enqueue several requests in advance, and further
3506          * reorder internally-queued requests.
3507          *
3508          * For this reason, we force to false the value of
3509          * idling_boosts_thr_without_issues if there are weight-raised
3510          * busy queues. In this case, and if bfqq is not weight-raised,
3511          * this guarantees that the device is not idled for bfqq (if,
3512          * instead, bfqq is weight-raised, then idling will be
3513          * guaranteed by another variable, see below). Combined with
3514          * the timestamping rules of BFQ (see [1] for details), this
3515          * behavior causes bfqq, and hence any sync non-weight-raised
3516          * queue, to get a lower number of requests served, and thus
3517          * to ask for a lower number of requests from the request
3518          * pool, before the busy weight-raised queues get served
3519          * again. This often mitigates starvation problems in the
3520          * presence of heavy write workloads and NCQ, thereby
3521          * guaranteeing a higher application and system responsiveness
3522          * in these hostile scenarios.
3523          */
3524         idling_boosts_thr_without_issues = idling_boosts_thr &&
3525                 bfqd->wr_busy_queues == 0;
3526
3527         /*
3528          * There is then a case where idling must be performed not
3529          * for throughput concerns, but to preserve service
3530          * guarantees.
3531          *
3532          * To introduce this case, we can note that allowing the drive
3533          * to enqueue more than one request at a time, and hence
3534          * delegating de facto final scheduling decisions to the
3535          * drive's internal scheduler, entails loss of control on the
3536          * actual request service order. In particular, the critical
3537          * situation is when requests from different processes happen
3538          * to be present, at the same time, in the internal queue(s)
3539          * of the drive. In such a situation, the drive, by deciding
3540          * the service order of the internally-queued requests, does
3541          * determine also the actual throughput distribution among
3542          * these processes. But the drive typically has no notion or
3543          * concern about per-process throughput distribution, and
3544          * makes its decisions only on a per-request basis. Therefore,
3545          * the service distribution enforced by the drive's internal
3546          * scheduler is likely to coincide with the desired
3547          * device-throughput distribution only in a completely
3548          * symmetric scenario where:
3549          * (i)  each of these processes must get the same throughput as
3550          *      the others;
3551          * (ii) the I/O of each process has the same properties, in
3552          *      terms of locality (sequential or random), direction
3553          *      (reads or writes), request sizes, greediness
3554          *      (from I/O-bound to sporadic), and so on.
3555          * In fact, in such a scenario, the drive tends to treat
3556          * the requests of each of these processes in about the same
3557          * way as the requests of the others, and thus to provide
3558          * each of these processes with about the same throughput
3559          * (which is exactly the desired throughput distribution). In
3560          * contrast, in any asymmetric scenario, device idling is
3561          * certainly needed to guarantee that bfqq receives its
3562          * assigned fraction of the device throughput (see [1] for
3563          * details).
3564          * The problem is that idling may significantly reduce
3565          * throughput with certain combinations of types of I/O and
3566          * devices. An important example is sync random I/O, on flash
3567          * storage with command queueing. So, unless bfqq falls in the
3568          * above cases where idling also boosts throughput, it would
3569          * be important to check conditions (i) and (ii) accurately,
3570          * so as to avoid idling when not strictly needed for service
3571          * guarantees.
3572          *
3573          * Unfortunately, it is extremely difficult to thoroughly
3574          * check condition (ii). And, in case there are active groups,
3575          * it becomes very difficult to check condition (i) too. In
3576          * fact, if there are active groups, then, for condition (i)
3577          * to become false, it is enough that an active group contains
3578          * more active processes or sub-groups than some other active
3579          * group. More precisely, for condition (i) to hold because of
3580          * such a group, it is not even necessary that the group is
3581          * (still) active: it is sufficient that, even if the group
3582          * has become inactive, some of its descendant processes still
3583          * have some request already dispatched but still waiting for
3584          * completion. In fact, requests have still to be guaranteed
3585          * their share of the throughput even after being
3586          * dispatched. In this respect, it is easy to show that, if a
3587          * group frequently becomes inactive while still having
3588          * in-flight requests, and if, when this happens, the group is
3589          * not considered in the calculation of whether the scenario
3590          * is asymmetric, then the group may fail to be guaranteed its
3591          * fair share of the throughput (basically because idling may
3592          * not be performed for the descendant processes of the group,
3593          * but it had to be).  We address this issue with the
3594          * following bi-modal behavior, implemented in the function
3595          * bfq_symmetric_scenario().
3596          *
3597          * If there are groups with requests waiting for completion
3598          * (as commented above, some of these groups may even be
3599          * already inactive), then the scenario is tagged as
3600          * asymmetric, conservatively, without checking any of the
3601          * conditions (i) and (ii). So the device is idled for bfqq.
3602          * This behavior matches also the fact that groups are created
3603          * exactly if controlling I/O is a primary concern (to
3604          * preserve bandwidth and latency guarantees).
3605          *
3606          * On the opposite end, if there are no groups with requests
3607          * waiting for completion, then only condition (i) is actually
3608          * controlled, i.e., provided that condition (i) holds, idling
3609          * is not performed, regardless of whether condition (ii)
3610          * holds. In other words, only if condition (i) does not hold,
3611          * then idling is allowed, and the device tends to be
3612          * prevented from queueing many requests, possibly of several
3613          * processes. Since there are no groups with requests waiting
3614          * for completion, then, to control condition (i) it is enough
3615          * to check just whether all the queues with requests waiting
3616          * for completion also have the same weight.
3617          *
3618          * Not checking condition (ii) evidently exposes bfqq to the
3619          * risk of getting less throughput than its fair share.
3620          * However, for queues with the same weight, a further
3621          * mechanism, preemption, mitigates or even eliminates this
3622          * problem. And it does so without consequences on overall
3623          * throughput. This mechanism and its benefits are explained
3624          * in the next three paragraphs.
3625          *
3626          * Even if a queue, say Q, is expired when it remains idle, Q
3627          * can still preempt the new in-service queue if the next
3628          * request of Q arrives soon (see the comments on
3629          * bfq_bfqq_update_budg_for_activation). If all queues and
3630          * groups have the same weight, this form of preemption,
3631          * combined with the hole-recovery heuristic described in the
3632          * comments on function bfq_bfqq_update_budg_for_activation,
3633          * are enough to preserve a correct bandwidth distribution in
3634          * the mid term, even without idling. In fact, even if not
3635          * idling allows the internal queues of the device to contain
3636          * many requests, and thus to reorder requests, we can rather
3637          * safely assume that the internal scheduler still preserves a
3638          * minimum of mid-term fairness.
3639          *
3640          * More precisely, this preemption-based, idleless approach
3641          * provides fairness in terms of IOPS, and not sectors per
3642          * second. This can be seen with a simple example. Suppose
3643          * that there are two queues with the same weight, but that
3644          * the first queue receives requests of 8 sectors, while the
3645          * second queue receives requests of 1024 sectors. In
3646          * addition, suppose that each of the two queues contains at
3647          * most one request at a time, which implies that each queue
3648          * always remains idle after it is served. Finally, after
3649          * remaining idle, each queue receives very quickly a new
3650          * request. It follows that the two queues are served
3651          * alternatively, preempting each other if needed. This
3652          * implies that, although both queues have the same weight,
3653          * the queue with large requests receives a service that is
3654          * 1024/8 times as high as the service received by the other
3655          * queue.
3656          *
3657          * The motivation for using preemption instead of idling (for
3658          * queues with the same weight) is that, by not idling,
3659          * service guarantees are preserved (completely or at least in
3660          * part) without minimally sacrificing throughput. And, if
3661          * there is no active group, then the primary expectation for
3662          * this device is probably a high throughput.
3663          *
3664          * We are now left only with explaining the additional
3665          * compound condition that is checked below for deciding
3666          * whether the scenario is asymmetric. To explain this
3667          * compound condition, we need to add that the function
3668          * bfq_symmetric_scenario checks the weights of only
3669          * non-weight-raised queues, for efficiency reasons (see
3670          * comments on bfq_weights_tree_add()). Then the fact that
3671          * bfqq is weight-raised is checked explicitly here. More
3672          * precisely, the compound condition below takes into account
3673          * also the fact that, even if bfqq is being weight-raised,
3674          * the scenario is still symmetric if all queues with requests
3675          * waiting for completion happen to be
3676          * weight-raised. Actually, we should be even more precise
3677          * here, and differentiate between interactive weight raising
3678          * and soft real-time weight raising.
3679          *
3680          * As a side note, it is worth considering that the above
3681          * device-idling countermeasures may however fail in the
3682          * following unlucky scenario: if idling is (correctly)
3683          * disabled in a time period during which all symmetry
3684          * sub-conditions hold, and hence the device is allowed to
3685          * enqueue many requests, but at some later point in time some
3686          * sub-condition stops to hold, then it may become impossible
3687          * to let requests be served in the desired order until all
3688          * the requests already queued in the device have been served.
3689          */
3690         asymmetric_scenario = (bfqq->wr_coeff > 1 &&
3691                                bfqd->wr_busy_queues < bfqd->busy_queues) ||
3692                 !bfq_symmetric_scenario(bfqd);
3693
3694         /*
3695          * Finally, there is a case where maximizing throughput is the
3696          * best choice even if it may cause unfairness toward
3697          * bfqq. Such a case is when bfqq became active in a burst of
3698          * queue activations. Queues that became active during a large
3699          * burst benefit only from throughput, as discussed in the
3700          * comments on bfq_handle_burst. Thus, if bfqq became active
3701          * in a burst and not idling the device maximizes throughput,
3702          * then the device must no be idled, because not idling the
3703          * device provides bfqq and all other queues in the burst with
3704          * maximum benefit. Combining this and the above case, we can
3705          * now establish when idling is actually needed to preserve
3706          * service guarantees.
3707          */
3708         idling_needed_for_service_guarantees =
3709                 asymmetric_scenario && !bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq);
3710
3711         /*
3712          * We have now all the components we need to compute the
3713          * return value of the function, which is true only if idling
3714          * either boosts the throughput (without issues), or is
3715          * necessary to preserve service guarantees.
3716          */
3717         return idling_boosts_thr_without_issues ||
3718                 idling_needed_for_service_guarantees;
3719 }
3720
3721 /*
3722  * If the in-service queue is empty but the function bfq_better_to_idle
3723  * returns true, then:
3724  * 1) the queue must remain in service and cannot be expired, and
3725  * 2) the device must be idled to wait for the possible arrival of a new
3726  *    request for the queue.
3727  * See the comments on the function bfq_better_to_idle for the reasons
3728  * why performing device idling is the best choice to boost the throughput
3729  * and preserve service guarantees when bfq_better_to_idle itself
3730  * returns true.
3731  */
3732 static bool bfq_bfqq_must_idle(struct bfq_queue *bfqq)
3733 {
3734         return RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) && bfq_better_to_idle(bfqq);
3735 }
3736
3737 static struct bfq_queue *bfq_choose_bfqq_for_injection(struct bfq_data *bfqd)
3738 {
3739         struct bfq_queue *bfqq;
3740
3741         /*
3742          * A linear search; but, with a high probability, very few
3743          * steps are needed to find a candidate queue, i.e., a queue
3744          * with enough budget left for its next request. In fact:
3745          * - BFQ dynamically updates the budget of every queue so as
3746          *   to accommodate the expected backlog of the queue;
3747          * - if a queue gets all its requests dispatched as injected
3748          *   service, then the queue is removed from the active list
3749          *   (and re-added only if it gets new requests, but with
3750          *   enough budget for its new backlog).
3751          */
3752         list_for_each_entry(bfqq, &bfqd->active_list, bfqq_list)
3753                 if (!RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) &&
3754                     bfq_serv_to_charge(bfqq->next_rq, bfqq) <=
3755                     bfq_bfqq_budget_left(bfqq))
3756                         return bfqq;
3757
3758         return NULL;
3759 }
3760
3761 /*
3762  * Select a queue for service.  If we have a current queue in service,
3763  * check whether to continue servicing it, or retrieve and set a new one.
3764  */
3765 static struct bfq_queue *bfq_select_queue(struct bfq_data *bfqd)
3766 {
3767         struct bfq_queue *bfqq;
3768         struct request *next_rq;
3769         enum bfqq_expiration reason = BFQQE_BUDGET_TIMEOUT;
3770
3771         bfqq = bfqd->in_service_queue;
3772         if (!bfqq)
3773                 goto new_queue;
3774
3775         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "select_queue: already in-service queue");
3776
3777         /*
3778          * Do not expire bfqq for budget timeout if bfqq may be about
3779          * to enjoy device idling. The reason why, in this case, we
3780          * prevent bfqq from expiring is the same as in the comments
3781          * on the case where bfq_bfqq_must_idle() returns true, in
3782          * bfq_completed_request().
3783          */
3784         if (bfq_may_expire_for_budg_timeout(bfqq) &&
3785             !bfq_bfqq_must_idle(bfqq))
3786                 goto expire;
3787
3788 check_queue:
3789         /*
3790          * This loop is rarely executed more than once. Even when it
3791          * happens, it is much more convenient to re-execute this loop
3792          * than to return NULL and trigger a new dispatch to get a
3793          * request served.
3794          */
3795         next_rq = bfqq->next_rq;
3796         /*
3797          * If bfqq has requests queued and it has enough budget left to
3798          * serve them, keep the queue, otherwise expire it.
3799          */
3800         if (next_rq) {
3801                 if (bfq_serv_to_charge(next_rq, bfqq) >
3802                         bfq_bfqq_budget_left(bfqq)) {
3803                         /*
3804                          * Expire the queue for budget exhaustion,
3805                          * which makes sure that the next budget is
3806                          * enough to serve the next request, even if
3807                          * it comes from the fifo expired path.
3808                          */
3809                         reason = BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED;
3810                         goto expire;
3811                 } else {
3812                         /*
3813                          * The idle timer may be pending because we may
3814                          * not disable disk idling even when a new request
3815                          * arrives.
3816                          */
3817                         if (bfq_bfqq_wait_request(bfqq)) {
3818                                 /*
3819                                  * If we get here: 1) at least a new request
3820                                  * has arrived but we have not disabled the
3821                                  * timer because the request was too small,
3822                                  * 2) then the block layer has unplugged
3823                                  * the device, causing the dispatch to be
3824                                  * invoked.
3825                                  *
3826                                  * Since the device is unplugged, now the
3827                                  * requests are probably large enough to
3828                                  * provide a reasonable throughput.
3829                                  * So we disable idling.
3830                                  */
3831                                 bfq_clear_bfqq_wait_request(bfqq);
3832                                 hrtimer_try_to_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
3833                         }
3834                         goto keep_queue;
3835                 }
3836         }
3837
3838         /*
3839          * No requests pending. However, if the in-service queue is idling
3840          * for a new request, or has requests waiting for a completion and
3841          * may idle after their completion, then keep it anyway.
3842          *
3843          * Yet, to boost throughput, inject service from other queues if
3844          * possible.
3845          */
3846         if (bfq_bfqq_wait_request(bfqq) ||
3847             (bfqq->dispatched != 0 && bfq_better_to_idle(bfqq))) {
3848                 if (bfq_bfqq_injectable(bfqq) &&
3849                     bfqq->injected_service * bfqq->inject_coeff <
3850                     bfqq->entity.service * 10)
3851                         bfqq = bfq_choose_bfqq_for_injection(bfqd);
3852                 else
3853                         bfqq = NULL;
3854
3855                 goto keep_queue;
3856         }
3857
3858         reason = BFQQE_NO_MORE_REQUESTS;
3859 expire:
3860         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false, reason);
3861 new_queue:
3862         bfqq = bfq_set_in_service_queue(bfqd);
3863         if (bfqq) {
3864                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "select_queue: checking new queue");
3865                 goto check_queue;
3866         }
3867 keep_queue:
3868         if (bfqq)
3869                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "select_queue: returned this queue");
3870         else
3871                 bfq_log(bfqd, "select_queue: no queue returned");
3872
3873         return bfqq;
3874 }
3875
3876 static void bfq_update_wr_data(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
3877 {
3878         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
3879
3880         if (bfqq->wr_coeff > 1) { /* queue is being weight-raised */
3881                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq,
3882                         "raising period dur %u/%u msec, old coeff %u, w %d(%d)",
3883                         jiffies_to_msecs(jiffies - bfqq->last_wr_start_finish),
3884                         jiffies_to_msecs(bfqq->wr_cur_max_time),
3885                         bfqq->wr_coeff,
3886                         bfqq->entity.weight, bfqq->entity.orig_weight);
3887
3888                 if (entity->prio_changed)
3889                         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "WARN: pending prio change");
3890
3891                 /*
3892                  * If the queue was activated in a burst, or too much
3893                  * time has elapsed from the beginning of this
3894                  * weight-raising period, then end weight raising.
3895                  */
3896                 if (bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq))
3897                         bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
3898                 else if (time_is_before_jiffies(bfqq->last_wr_start_finish +
3899                                                 bfqq->wr_cur_max_time)) {
3900                         if (bfqq->wr_cur_max_time != bfqd->bfq_wr_rt_max_time ||
3901                         time_is_before_jiffies(bfqq->wr_start_at_switch_to_srt +
3902                                                bfq_wr_duration(bfqd)))
3903                                 bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
3904                         else {
3905                                 switch_back_to_interactive_wr(bfqq, bfqd);
3906                                 bfqq->entity.prio_changed = 1;
3907                         }
3908                 }
3909                 if (bfqq->wr_coeff > 1 &&
3910                     bfqq->wr_cur_max_time != bfqd->bfq_wr_rt_max_time &&
3911                     bfqq->service_from_wr > max_service_from_wr) {
3912                         /* see comments on max_service_from_wr */
3913                         bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
3914                 }
3915         }
3916         /*
3917          * To improve latency (for this or other queues), immediately
3918          * update weight both if it must be raised and if it must be
3919          * lowered. Since, entity may be on some active tree here, and
3920          * might have a pending change of its ioprio class, invoke
3921          * next function with the last parameter unset (see the
3922          * comments on the function).
3923          */
3924         if ((entity->weight > entity->orig_weight) != (bfqq->wr_coeff > 1))
3925                 __bfq_entity_update_weight_prio(bfq_entity_service_tree(entity),
3926                                                 entity, false);
3927 }
3928
3929 /*
3930  * Dispatch next request from bfqq.
3931  */
3932 static struct request *bfq_dispatch_rq_from_bfqq(struct bfq_data *bfqd,
3933                                                  struct bfq_queue *bfqq)
3934 {
3935         struct request *rq = bfqq->next_rq;
3936         unsigned long service_to_charge;
3937
3938         service_to_charge = bfq_serv_to_charge(rq, bfqq);
3939
3940         bfq_bfqq_served(bfqq, service_to_charge);
3941
3942         bfq_dispatch_remove(bfqd->queue, rq);
3943
3944         if (bfqq != bfqd->in_service_queue) {
3945                 if (likely(bfqd->in_service_queue))
3946                         bfqd->in_service_queue->injected_service +=
3947                                 bfq_serv_to_charge(rq, bfqq);
3948
3949                 goto return_rq;
3950         }
3951
3952         /*
3953          * If weight raising has to terminate for bfqq, then next
3954          * function causes an immediate update of bfqq's weight,
3955          * without waiting for next activation. As a consequence, on
3956          * expiration, bfqq will be timestamped as if has never been
3957          * weight-raised during this service slot, even if it has
3958          * received part or even most of the service as a
3959          * weight-raised queue. This inflates bfqq's timestamps, which
3960          * is beneficial, as bfqq is then more willing to leave the
3961          * device immediately to possible other weight-raised queues.
3962          */
3963         bfq_update_wr_data(bfqd, bfqq);
3964
3965         /*
3966          * Expire bfqq, pretending that its budget expired, if bfqq
3967          * belongs to CLASS_IDLE and other queues are waiting for
3968          * service.
3969          */
3970         if (!(bfqd->busy_queues > 1 && bfq_class_idle(bfqq)))
3971                 goto return_rq;
3972
3973         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false, BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED);
3974
3975 return_rq:
3976         return rq;
3977 }
3978
3979 static bool bfq_has_work(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
3980 {
3981         struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
3982
3983         /*
3984          * Avoiding lock: a race on bfqd->busy_queues should cause at
3985          * most a call to dispatch for nothing
3986          */
3987         return !list_empty_careful(&bfqd->dispatch) ||
3988                 bfqd->busy_queues > 0;
3989 }
3990
3991 static struct request *__bfq_dispatch_request(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
3992 {
3993         struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
3994         struct request *rq = NULL;
3995         struct bfq_queue *bfqq = NULL;
3996
3997         if (!list_empty(&bfqd->dispatch)) {
3998                 rq = list_first_entry(&bfqd->dispatch, struct request,
3999                                       queuelist);
4000                 list_del_init(&rq->queuelist);
4001
4002                 bfqq = RQ_BFQQ(rq);
4003
4004                 if (bfqq) {
4005                         /*
4006                          * Increment counters here, because this
4007                          * dispatch does not follow the standard
4008                          * dispatch flow (where counters are
4009                          * incremented)
4010                          */
4011                         bfqq->dispatched++;
4012
4013                         goto inc_in_driver_start_rq;
4014                 }
4015
4016                 /*
4017                  * We exploit the bfq_finish_requeue_request hook to
4018                  * decrement rq_in_driver, but
4019                  * bfq_finish_requeue_request will not be invoked on
4020                  * this request. So, to avoid unbalance, just start
4021                  * this request, without incrementing rq_in_driver. As
4022                  * a negative consequence, rq_in_driver is deceptively
4023                  * lower than it should be while this request is in
4024                  * service. This may cause bfq_schedule_dispatch to be
4025                  * invoked uselessly.
4026                  *
4027                  * As for implementing an exact solution, the
4028                  * bfq_finish_requeue_request hook, if defined, is
4029                  * probably invoked also on this request. So, by
4030                  * exploiting this hook, we could 1) increment
4031                  * rq_in_driver here, and 2) decrement it in
4032                  * bfq_finish_requeue_request. Such a solution would
4033                  * let the value of the counter be always accurate,
4034                  * but it would entail using an extra interface
4035                  * function. This cost seems higher than the benefit,
4036                  * being the frequency of non-elevator-private
4037                  * requests very low.
4038                  */
4039                 goto start_rq;
4040         }
4041
4042         bfq_log(bfqd, "dispatch requests: %d busy queues", bfqd->busy_queues);
4043
4044         if (bfqd->busy_queues == 0)
4045                 goto exit;
4046
4047         /*
4048          * Force device to serve one request at a time if
4049          * strict_guarantees is true. Forcing this service scheme is
4050          * currently the ONLY way to guarantee that the request
4051          * service order enforced by the scheduler is respected by a
4052          * queueing device. Otherwise the device is free even to make
4053          * some unlucky request wait for as long as the device
4054          * wishes.
4055          *
4056          * Of course, serving one request at at time may cause loss of
4057          * throughput.
4058          */
4059         if (bfqd->strict_guarantees && bfqd->rq_in_driver > 0)
4060                 goto exit;
4061
4062         bfqq = bfq_select_queue(bfqd);
4063         if (!bfqq)
4064                 goto exit;
4065
4066         rq = bfq_dispatch_rq_from_bfqq(bfqd, bfqq);
4067
4068         if (rq) {
4069 inc_in_driver_start_rq:
4070                 bfqd->rq_in_driver++;
4071 start_rq:
4072                 rq->rq_flags |= RQF_STARTED;
4073         }
4074 exit:
4075         return rq;
4076 }
4077
4078 #if defined(CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED) && defined(CONFIG_DEBUG_BLK_CGROUP)
4079 static void bfq_update_dispatch_stats(struct request_queue *q,
4080                                       struct request *rq,
4081                                       struct bfq_queue *in_serv_queue,
4082                                       bool idle_timer_disabled)
4083 {
4084         struct bfq_queue *bfqq = rq ? RQ_BFQQ(rq) : NULL;
4085
4086         if (!idle_timer_disabled && !bfqq)
4087                 return;
4088
4089         /*
4090          * rq and bfqq are guaranteed to exist until this function
4091          * ends, for the following reasons. First, rq can be
4092          * dispatched to the device, and then can be completed and
4093          * freed, only after this function ends. Second, rq cannot be
4094          * merged (and thus freed because of a merge) any longer,
4095          * because it has already started. Thus rq cannot be freed
4096          * before this function ends, and, since rq has a reference to
4097          * bfqq, the same guarantee holds for bfqq too.
4098          *
4099          * In addition, the following queue lock guarantees that
4100          * bfqq_group(bfqq) exists as well.
4101          */
4102         spin_lock_irq(q->queue_lock);
4103         if (idle_timer_disabled)
4104                 /*
4105                  * Since the idle timer has been disabled,
4106                  * in_serv_queue contained some request when
4107                  * __bfq_dispatch_request was invoked above, which
4108                  * implies that rq was picked exactly from
4109                  * in_serv_queue. Thus in_serv_queue == bfqq, and is
4110                  * therefore guaranteed to exist because of the above
4111                  * arguments.
4112                  */
4113                 bfqg_stats_update_idle_time(bfqq_group(in_serv_queue));
4114         if (bfqq) {
4115                 struct bfq_group *bfqg = bfqq_group(bfqq);
4116
4117                 bfqg_stats_update_avg_queue_size(bfqg);
4118                 bfqg_stats_set_start_empty_time(bfqg);
4119                 bfqg_stats_update_io_remove(bfqg, rq->cmd_flags);
4120         }
4121         spin_unlock_irq(q->queue_lock);
4122 }
4123 #else
4124 static inline void bfq_update_dispatch_stats(struct request_queue *q,
4125                                              struct request *rq,
4126                                              struct bfq_queue *in_serv_queue,
4127                                              bool idle_timer_disabled) {}
4128 #endif
4129
4130 static struct request *bfq_dispatch_request(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
4131 {
4132         struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
4133         struct request *rq;
4134         struct bfq_queue *in_serv_queue;
4135         bool waiting_rq, idle_timer_disabled = false;
4136
4137         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
4138
4139         in_serv_queue = bfqd->in_service_queue;
4140         waiting_rq = in_serv_queue && bfq_bfqq_wait_request(in_serv_queue);
4141
4142         rq = __bfq_dispatch_request(hctx);
4143         if (in_serv_queue == bfqd->in_service_queue) {
4144                 idle_timer_disabled =
4145                         waiting_rq && !bfq_bfqq_wait_request(in_serv_queue);
4146         }
4147
4148         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
4149         bfq_update_dispatch_stats(hctx->queue, rq,
4150                         idle_timer_disabled ? in_serv_queue : NULL,
4151                                 idle_timer_disabled);
4152
4153         return rq;
4154 }
4155
4156 /*
4157  * Task holds one reference to the queue, dropped when task exits.  Each rq
4158  * in-flight on this queue also holds a reference, dropped when rq is freed.
4159  *
4160  * Scheduler lock must be held here. Recall not to use bfqq after calling
4161  * this function on it.
4162  */
4163 void bfq_put_queue(struct bfq_queue *bfqq)
4164 {
4165 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
4166         struct bfq_group *bfqg = bfqq_group(bfqq);
4167 #endif
4168
4169         if (bfqq->bfqd)
4170                 bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "put_queue: %p %d",
4171                              bfqq, bfqq->ref);
4172
4173         bfqq->ref--;
4174         if (bfqq->ref)
4175                 return;
4176
4177         if (!hlist_unhashed(&bfqq->burst_list_node)) {
4178                 hlist_del_init(&bfqq->burst_list_node);
4179                 /*
4180                  * Decrement also burst size after the removal, if the
4181                  * process associated with bfqq is exiting, and thus
4182                  * does not contribute to the burst any longer. This
4183                  * decrement helps filter out false positives of large
4184                  * bursts, when some short-lived process (often due to
4185                  * the execution of commands by some service) happens
4186                  * to start and exit while a complex application is
4187                  * starting, and thus spawning several processes that
4188                  * do I/O (and that *must not* be treated as a large
4189                  * burst, see comments on bfq_handle_burst).
4190                  *
4191                  * In particular, the decrement is performed only if:
4192                  * 1) bfqq is not a merged queue, because, if it is,
4193                  * then this free of bfqq is not triggered by the exit
4194                  * of the process bfqq is associated with, but exactly
4195                  * by the fact that bfqq has just been merged.
4196                  * 2) burst_size is greater than 0, to handle
4197                  * unbalanced decrements. Unbalanced decrements may
4198                  * happen in te following case: bfqq is inserted into
4199                  * the current burst list--without incrementing
4200                  * bust_size--because of a split, but the current
4201                  * burst list is not the burst list bfqq belonged to
4202                  * (see comments on the case of a split in
4203                  * bfq_set_request).
4204                  */
4205                 if (bfqq->bic && bfqq->bfqd->burst_size > 0)
4206                         bfqq->bfqd->burst_size--;
4207         }
4208
4209         kmem_cache_free(bfq_pool, bfqq);
4210 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
4211         bfqg_and_blkg_put(bfqg);
4212 #endif
4213 }
4214
4215 static void bfq_put_cooperator(struct bfq_queue *bfqq)
4216 {
4217         struct bfq_queue *__bfqq, *next;
4218
4219         /*
4220          * If this queue was scheduled to merge with another queue, be
4221          * sure to drop the reference taken on that queue (and others in
4222          * the merge chain). See bfq_setup_merge and bfq_merge_bfqqs.
4223          */
4224         __bfqq = bfqq->new_bfqq;
4225         while (__bfqq) {
4226                 if (__bfqq == bfqq)
4227                         break;
4228                 next = __bfqq->new_bfqq;
4229                 bfq_put_queue(__bfqq);
4230                 __bfqq = next;
4231         }
4232 }
4233
4234 static void bfq_exit_bfqq(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
4235 {
4236         if (bfqq == bfqd->in_service_queue) {
4237                 __bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq);
4238                 bfq_schedule_dispatch(bfqd);
4239         }
4240
4241         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "exit_bfqq: %p, %d", bfqq, bfqq->ref);
4242
4243         bfq_put_cooperator(bfqq);
4244
4245         bfq_put_queue(bfqq); /* release process reference */
4246 }
4247
4248 static void bfq_exit_icq_bfqq(struct bfq_io_cq *bic, bool is_sync)
4249 {
4250         struct bfq_queue *bfqq = bic_to_bfqq(bic, is_sync);
4251         struct bfq_data *bfqd;
4252
4253         if (bfqq)
4254                 bfqd = bfqq->bfqd; /* NULL if scheduler already exited */
4255
4256         if (bfqq && bfqd) {
4257                 unsigned long flags;
4258
4259                 spin_lock_irqsave(&bfqd->lock, flags);
4260                 bfqq->bic = NULL;
4261                 bfq_exit_bfqq(bfqd, bfqq);
4262                 bic_set_bfqq(bic, NULL, is_sync);
4263                 spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
4264         }
4265 }
4266
4267 static void bfq_exit_icq(struct io_cq *icq)
4268 {
4269         struct bfq_io_cq *bic = icq_to_bic(icq);
4270
4271         bfq_exit_icq_bfqq(bic, true);
4272         bfq_exit_icq_bfqq(bic, false);
4273 }
4274
4275 /*
4276  * Update the entity prio values; note that the new values will not
4277  * be used until the next (re)activation.
4278  */
4279 static void
4280 bfq_set_next_ioprio_data(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_io_cq *bic)
4281 {
4282         struct task_struct *tsk = current;
4283         int ioprio_class;
4284         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
4285
4286         if (!bfqd)
4287                 return;
4288
4289         ioprio_class = IOPRIO_PRIO_CLASS(bic->ioprio);
4290         switch (ioprio_class) {
4291         default:
4292                 pr_err("bdi %s: bfq: bad prio class %d\n",
4293                                 bdi_dev_name(bfqq->bfqd->queue->backing_dev_info),
4294                                 ioprio_class);
4295                 /* fall through */
4296         case IOPRIO_CLASS_NONE:
4297                 /*
4298                  * No prio set, inherit CPU scheduling settings.
4299                  */
4300                 bfqq->new_ioprio = task_nice_ioprio(tsk);
4301                 bfqq->new_ioprio_class = task_nice_ioclass(tsk);
4302                 break;
4303         case IOPRIO_CLASS_RT:
4304                 bfqq->new_ioprio = IOPRIO_PRIO_DATA(bic->ioprio);
4305                 bfqq->new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_RT;
4306                 break;
4307         case IOPRIO_CLASS_BE:
4308                 bfqq->new_ioprio = IOPRIO_PRIO_DATA(bic->ioprio);
4309                 bfqq->new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_BE;
4310                 break;
4311         case IOPRIO_CLASS_IDLE:
4312                 bfqq->new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_IDLE;
4313                 bfqq->new_ioprio = 7;
4314                 break;
4315         }
4316
4317         if (bfqq->new_ioprio >= IOPRIO_BE_NR) {
4318                 pr_crit("bfq_set_next_ioprio_data: new_ioprio %d\n",
4319                         bfqq->new_ioprio);
4320                 bfqq->new_ioprio = IOPRIO_BE_NR - 1;
4321         }
4322
4323         bfqq->entity.new_weight = bfq_ioprio_to_weight(bfqq->new_ioprio);
4324         bfqq->entity.prio_changed = 1;
4325 }
4326
4327 static struct bfq_queue *bfq_get_queue(struct bfq_data *bfqd,
4328                                        struct bio *bio, bool is_sync,
4329                                        struct bfq_io_cq *bic);
4330
4331 static void bfq_check_ioprio_change(struct bfq_io_cq *bic, struct bio *bio)
4332 {
4333         struct bfq_data *bfqd = bic_to_bfqd(bic);
4334         struct bfq_queue *bfqq;
4335         int ioprio = bic->icq.ioc->ioprio;
4336
4337         /*
4338          * This condition may trigger on a newly created bic, be sure to
4339          * drop the lock before returning.
4340          */
4341         if (unlikely(!bfqd) || likely(bic->ioprio == ioprio))
4342                 return;
4343
4344         bic->ioprio = ioprio;
4345
4346         bfqq = bic_to_bfqq(bic, false);
4347         if (bfqq) {
4348                 /* release process reference on this queue */
4349                 bfq_put_queue(bfqq);
4350                 bfqq = bfq_get_queue(bfqd, bio, BLK_RW_ASYNC, bic);
4351                 bic_set_bfqq(bic, bfqq, false);
4352         }
4353
4354         bfqq = bic_to_bfqq(bic, true);
4355         if (bfqq)
4356                 bfq_set_next_ioprio_data(bfqq, bic);
4357 }
4358
4359 static void bfq_init_bfqq(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
4360                           struct bfq_io_cq *bic, pid_t pid, int is_sync)
4361 {
4362         RB_CLEAR_NODE(&bfqq->entity.rb_node);
4363         INIT_LIST_HEAD(&bfqq->fifo);
4364         INIT_HLIST_NODE(&bfqq->burst_list_node);
4365
4366         bfqq->ref = 0;
4367         bfqq->bfqd = bfqd;
4368
4369         if (bic)
4370                 bfq_set_next_ioprio_data(bfqq, bic);
4371
4372         if (is_sync) {
4373                 /*
4374                  * No need to mark as has_short_ttime if in
4375                  * idle_class, because no device idling is performed
4376                  * for queues in idle class
4377                  */
4378                 if (!bfq_class_idle(bfqq))
4379                         /* tentatively mark as has_short_ttime */
4380                         bfq_mark_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
4381                 bfq_mark_bfqq_sync(bfqq);
4382                 bfq_mark_bfqq_just_created(bfqq);
4383                 /*
4384                  * Aggressively inject a lot of service: up to 90%.
4385                  * This coefficient remains constant during bfqq life,
4386                  * but this behavior might be changed, after enough
4387                  * testing and tuning.
4388                  */
4389                 bfqq->inject_coeff = 1;
4390         } else
4391                 bfq_clear_bfqq_sync(bfqq);
4392
4393         /* set end request to minus infinity from now */
4394         bfqq->ttime.last_end_request = ktime_get_ns() + 1;
4395
4396         bfq_mark_bfqq_IO_bound(bfqq);
4397
4398         bfqq->pid = pid;
4399
4400         /* Tentative initial value to trade off between thr and lat */
4401         bfqq->max_budget = (2 * bfq_max_budget(bfqd)) / 3;
4402         bfqq->budget_timeout = bfq_smallest_from_now();
4403
4404         bfqq->wr_coeff = 1;
4405         bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
4406         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt = bfq_smallest_from_now();
4407         bfqq->split_time = bfq_smallest_from_now();
4408
4409         /*
4410          * To not forget the possibly high bandwidth consumed by a
4411          * process/queue in the recent past,
4412          * bfq_bfqq_softrt_next_start() returns a value at least equal
4413          * to the current value of bfqq->soft_rt_next_start (see
4414          * comments on bfq_bfqq_softrt_next_start).  Set
4415          * soft_rt_next_start to now, to mean that bfqq has consumed
4416          * no bandwidth so far.
4417          */
4418         bfqq->soft_rt_next_start = jiffies;
4419
4420         /* first request is almost certainly seeky */
4421         bfqq->seek_history = 1;
4422 }
4423
4424 static struct bfq_queue **bfq_async_queue_prio(struct bfq_data *bfqd,
4425                                                struct bfq_group *bfqg,
4426                                                int ioprio_class, int ioprio)
4427 {
4428         switch (ioprio_class) {
4429         case IOPRIO_CLASS_RT:
4430                 return &bfqg->async_bfqq[0][ioprio];
4431         case IOPRIO_CLASS_NONE:
4432                 ioprio = IOPRIO_NORM;
4433                 /* fall through */
4434         case IOPRIO_CLASS_BE:
4435                 return &bfqg->async_bfqq[1][ioprio];
4436         case IOPRIO_CLASS_IDLE:
4437                 return &bfqg->async_idle_bfqq;
4438         default:
4439                 return NULL;
4440         }
4441 }
4442
4443 static struct bfq_queue *bfq_get_queue(struct bfq_data *bfqd,
4444                                        struct bio *bio, bool is_sync,
4445                                        struct bfq_io_cq *bic)
4446 {
4447         const int ioprio = IOPRIO_PRIO_DATA(bic->ioprio);
4448         const int ioprio_class = IOPRIO_PRIO_CLASS(bic->ioprio);
4449         struct bfq_queue **async_bfqq = NULL;
4450         struct bfq_queue *bfqq;
4451         struct bfq_group *bfqg;
4452
4453         rcu_read_lock();
4454
4455         bfqg = bfq_find_set_group(bfqd, bio_blkcg(bio));
4456         if (!bfqg) {
4457                 bfqq = &bfqd->oom_bfqq;
4458                 goto out;
4459         }
4460
4461         if (!is_sync) {
4462                 async_bfqq = bfq_async_queue_prio(bfqd, bfqg, ioprio_class,
4463                                                   ioprio);
4464                 bfqq = *async_bfqq;
4465                 if (bfqq)
4466                         goto out;
4467         }
4468
4469         bfqq = kmem_cache_alloc_node(bfq_pool,
4470                                      GFP_NOWAIT | __GFP_ZERO | __GFP_NOWARN,
4471                                      bfqd->queue->node);
4472
4473         if (bfqq) {
4474                 bfq_init_bfqq(bfqd, bfqq, bic, current->pid,
4475                               is_sync);
4476                 bfq_init_entity(&bfqq->entity, bfqg);
4477                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "allocated");
4478         } else {
4479                 bfqq = &bfqd->oom_bfqq;
4480                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "using oom bfqq");
4481                 goto out;
4482         }
4483
4484         /*
4485          * Pin the queue now that it's allocated, scheduler exit will
4486          * prune it.
4487          */
4488         if (async_bfqq) {
4489                 bfqq->ref++; /*
4490                               * Extra group reference, w.r.t. sync
4491                               * queue. This extra reference is removed
4492                               * only if bfqq->bfqg disappears, to
4493                               * guarantee that this queue is not freed
4494                               * until its group goes away.
4495                               */
4496                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "get_queue, bfqq not in async: %p, %d",
4497                              bfqq, bfqq->ref);
4498                 *async_bfqq = bfqq;
4499         }
4500
4501 out:
4502         bfqq->ref++; /* get a process reference to this queue */
4503         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "get_queue, at end: %p, %d", bfqq, bfqq->ref);
4504         rcu_read_unlock();
4505         return bfqq;
4506 }
4507
4508 static void bfq_update_io_thinktime(struct bfq_data *bfqd,
4509                                     struct bfq_queue *bfqq)
4510 {
4511         struct bfq_ttime *ttime = &bfqq->ttime;
4512         u64 elapsed = ktime_get_ns() - bfqq->ttime.last_end_request;
4513
4514         elapsed = min_t(u64, elapsed, 2ULL * bfqd->bfq_slice_idle);
4515
4516         ttime->ttime_samples = (7*bfqq->ttime.ttime_samples + 256) / 8;
4517         ttime->ttime_total = div_u64(7*ttime->ttime_total + 256*elapsed,  8);
4518         ttime->ttime_mean = div64_ul(ttime->ttime_total + 128,
4519                                      ttime->ttime_samples);
4520 }
4521
4522 static void
4523 bfq_update_io_seektime(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
4524                        struct request *rq)
4525 {
4526         bfqq->seek_history <<= 1;
4527         bfqq->seek_history |=
4528                 get_sdist(bfqq->last_request_pos, rq) > BFQQ_SEEK_THR &&
4529                 (!blk_queue_nonrot(bfqd->queue) ||
4530                  blk_rq_sectors(rq) < BFQQ_SECT_THR_NONROT);
4531 }
4532
4533 static void bfq_update_has_short_ttime(struct bfq_data *bfqd,
4534                                        struct bfq_queue *bfqq,
4535                                        struct bfq_io_cq *bic)
4536 {
4537         bool has_short_ttime = true;
4538
4539         /*
4540          * No need to update has_short_ttime if bfqq is async or in
4541          * idle io prio class, or if bfq_slice_idle is zero, because
4542          * no device idling is performed for bfqq in this case.
4543          */
4544         if (!bfq_bfqq_sync(bfqq) || bfq_class_idle(bfqq) ||
4545             bfqd->bfq_slice_idle == 0)
4546                 return;
4547
4548         /* Idle window just restored, statistics are meaningless. */
4549         if (time_is_after_eq_jiffies(bfqq->split_time +
4550                                      bfqd->bfq_wr_min_idle_time))
4551                 return;
4552
4553         /* Think time is infinite if no process is linked to
4554          * bfqq. Otherwise check average think time to
4555          * decide whether to mark as has_short_ttime
4556          */
4557         if (atomic_read(&bic->icq.ioc->active_ref) == 0 ||
4558             (bfq_sample_valid(bfqq->ttime.ttime_samples) &&
4559              bfqq->ttime.ttime_mean > bfqd->bfq_slice_idle))
4560                 has_short_ttime = false;
4561
4562         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "update_has_short_ttime: has_short_ttime %d",
4563                      has_short_ttime);
4564
4565         if (has_short_ttime)
4566                 bfq_mark_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
4567         else
4568                 bfq_clear_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
4569 }
4570
4571 /*
4572  * Called when a new fs request (rq) is added to bfqq.  Check if there's
4573  * something we should do about it.
4574  */
4575 static void bfq_rq_enqueued(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
4576                             struct request *rq)
4577 {
4578         struct bfq_io_cq *bic = RQ_BIC(rq);
4579
4580         if (rq->cmd_flags & REQ_META)
4581                 bfqq->meta_pending++;
4582
4583         bfq_update_io_thinktime(bfqd, bfqq);
4584         bfq_update_has_short_ttime(bfqd, bfqq, bic);
4585         bfq_update_io_seektime(bfqd, bfqq, rq);
4586
4587         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq,
4588                      "rq_enqueued: has_short_ttime=%d (seeky %d)",
4589                      bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq), BFQQ_SEEKY(bfqq));
4590
4591         bfqq->last_request_pos = blk_rq_pos(rq) + blk_rq_sectors(rq);
4592
4593         if (bfqq == bfqd->in_service_queue && bfq_bfqq_wait_request(bfqq)) {
4594                 bool small_req = bfqq->queued[rq_is_sync(rq)] == 1 &&
4595                                  blk_rq_sectors(rq) < 32;
4596                 bool budget_timeout = bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq);
4597
4598                 /*
4599                  * There is just this request queued: if the request
4600                  * is small and the queue is not to be expired, then
4601                  * just exit.
4602                  *
4603                  * In this way, if the device is being idled to wait
4604                  * for a new request from the in-service queue, we
4605                  * avoid unplugging the device and committing the
4606                  * device to serve just a small request. On the
4607                  * contrary, we wait for the block layer to decide
4608                  * when to unplug the device: hopefully, new requests
4609                  * will be merged to this one quickly, then the device
4610                  * will be unplugged and larger requests will be
4611                  * dispatched.
4612                  */
4613                 if (small_req && !budget_timeout)
4614                         return;
4615
4616                 /*
4617                  * A large enough request arrived, or the queue is to
4618                  * be expired: in both cases disk idling is to be
4619                  * stopped, so clear wait_request flag and reset
4620                  * timer.
4621                  */
4622                 bfq_clear_bfqq_wait_request(bfqq);
4623                 hrtimer_try_to_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
4624
4625                 /*
4626                  * The queue is not empty, because a new request just
4627                  * arrived. Hence we can safely expire the queue, in
4628                  * case of budget timeout, without risking that the
4629                  * timestamps of the queue are not updated correctly.
4630                  * See [1] for more details.
4631                  */
4632                 if (budget_timeout)
4633                         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false,
4634                                         BFQQE_BUDGET_TIMEOUT);
4635         }
4636 }
4637
4638 /* returns true if it causes the idle timer to be disabled */
4639 static bool __bfq_insert_request(struct bfq_data *bfqd, struct request *rq)
4640 {
4641         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq),
4642                 *new_bfqq = bfq_setup_cooperator(bfqd, bfqq, rq, true);
4643         bool waiting, idle_timer_disabled = false;
4644
4645         if (new_bfqq) {
4646                 if (bic_to_bfqq(RQ_BIC(rq), 1) != bfqq)
4647                         new_bfqq = bic_to_bfqq(RQ_BIC(rq), 1);
4648                 /*
4649                  * Release the request's reference to the old bfqq
4650                  * and make sure one is taken to the shared queue.
4651                  */
4652                 new_bfqq->allocated++;
4653                 bfqq->allocated--;
4654                 new_bfqq->ref++;
4655                 /*
4656                  * If the bic associated with the process
4657                  * issuing this request still points to bfqq
4658                  * (and thus has not been already redirected
4659                  * to new_bfqq or even some other bfq_queue),
4660                  * then complete the merge and redirect it to
4661                  * new_bfqq.
4662                  */
4663                 if (bic_to_bfqq(RQ_BIC(rq), 1) == bfqq)
4664                         bfq_merge_bfqqs(bfqd, RQ_BIC(rq),
4665                                         bfqq, new_bfqq);
4666
4667                 bfq_clear_bfqq_just_created(bfqq);
4668                 /*
4669                  * rq is about to be enqueued into new_bfqq,
4670                  * release rq reference on bfqq
4671                  */
4672                 bfq_put_queue(bfqq);
4673                 rq->elv.priv[1] = new_bfqq;
4674                 bfqq = new_bfqq;
4675         }
4676
4677         waiting = bfqq && bfq_bfqq_wait_request(bfqq);
4678         bfq_add_request(rq);
4679         idle_timer_disabled = waiting && !bfq_bfqq_wait_request(bfqq);
4680
4681         rq->fifo_time = ktime_get_ns() + bfqd->bfq_fifo_expire[rq_is_sync(rq)];
4682         list_add_tail(&rq->queuelist, &bfqq->fifo);
4683
4684         bfq_rq_enqueued(bfqd, bfqq, rq);
4685
4686         return idle_timer_disabled;
4687 }
4688
4689 #if defined(CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED) && defined(CONFIG_DEBUG_BLK_CGROUP)
4690 static void bfq_update_insert_stats(struct request_queue *q,
4691                                     struct bfq_queue *bfqq,
4692                                     bool idle_timer_disabled,
4693                                     unsigned int cmd_flags)
4694 {
4695         if (!bfqq)
4696                 return;
4697
4698         /*
4699          * bfqq still exists, because it can disappear only after
4700          * either it is merged with another queue, or the process it
4701          * is associated with exits. But both actions must be taken by
4702          * the same process currently executing this flow of
4703          * instructions.
4704          *
4705          * In addition, the following queue lock guarantees that
4706          * bfqq_group(bfqq) exists as well.
4707          */
4708         spin_lock_irq(q->queue_lock);
4709         bfqg_stats_update_io_add(bfqq_group(bfqq), bfqq, cmd_flags);
4710         if (idle_timer_disabled)
4711                 bfqg_stats_update_idle_time(bfqq_group(bfqq));
4712         spin_unlock_irq(q->queue_lock);
4713 }
4714 #else
4715 static inline void bfq_update_insert_stats(struct request_queue *q,
4716                                            struct bfq_queue *bfqq,
4717                                            bool idle_timer_disabled,
4718                                            unsigned int cmd_flags) {}
4719 #endif
4720
4721 static void bfq_insert_request(struct blk_mq_hw_ctx *hctx, struct request *rq,
4722                                bool at_head)
4723 {
4724         struct request_queue *q = hctx->queue;
4725         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
4726         struct bfq_queue *bfqq;
4727         bool idle_timer_disabled = false;
4728         unsigned int cmd_flags;
4729
4730         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
4731         if (blk_mq_sched_try_insert_merge(q, rq)) {
4732                 spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
4733                 return;
4734         }
4735
4736         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
4737
4738         blk_mq_sched_request_inserted(rq);
4739
4740         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
4741         bfqq = bfq_init_rq(rq);
4742         if (!bfqq || at_head || blk_rq_is_passthrough(rq)) {
4743                 if (at_head)
4744                         list_add(&rq->queuelist, &bfqd->dispatch);
4745                 else
4746                         list_add_tail(&rq->queuelist, &bfqd->dispatch);
4747         } else {
4748                 idle_timer_disabled = __bfq_insert_request(bfqd, rq);
4749                 /*
4750                  * Update bfqq, because, if a queue merge has occurred
4751                  * in __bfq_insert_request, then rq has been
4752                  * redirected into a new queue.
4753                  */
4754                 bfqq = RQ_BFQQ(rq);
4755
4756                 if (rq_mergeable(rq)) {
4757                         elv_rqhash_add(q, rq);
4758                         if (!q->last_merge)
4759                                 q->last_merge = rq;
4760                 }
4761         }
4762
4763         /*
4764          * Cache cmd_flags before releasing scheduler lock, because rq
4765          * may disappear afterwards (for example, because of a request
4766          * merge).
4767          */
4768         cmd_flags = rq->cmd_flags;
4769
4770         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
4771
4772         bfq_update_insert_stats(q, bfqq, idle_timer_disabled,
4773                                 cmd_flags);
4774 }
4775
4776 static void bfq_insert_requests(struct blk_mq_hw_ctx *hctx,
4777                                 struct list_head *list, bool at_head)
4778 {
4779         while (!list_empty(list)) {
4780                 struct request *rq;
4781
4782                 rq = list_first_entry(list, struct request, queuelist);
4783                 list_del_init(&rq->queuelist);
4784                 bfq_insert_request(hctx, rq, at_head);
4785         }
4786 }
4787
4788 static void bfq_update_hw_tag(struct bfq_data *bfqd)
4789 {
4790         bfqd->max_rq_in_driver = max_t(int, bfqd->max_rq_in_driver,
4791                                        bfqd->rq_in_driver);
4792
4793         if (bfqd->hw_tag == 1)
4794                 return;
4795
4796         /*
4797          * This sample is valid if the number of outstanding requests
4798          * is large enough to allow a queueing behavior.  Note that the
4799          * sum is not exact, as it's not taking into account deactivated
4800          * requests.
4801          */
4802         if (bfqd->rq_in_driver + bfqd->queued < BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD)
4803                 return;
4804
4805         if (bfqd->hw_tag_samples++ < BFQ_HW_QUEUE_SAMPLES)
4806                 return;
4807
4808         bfqd->hw_tag = bfqd->max_rq_in_driver > BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD;
4809         bfqd->max_rq_in_driver = 0;
4810         bfqd->hw_tag_samples = 0;
4811 }
4812
4813 static void bfq_completed_request(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_data *bfqd)
4814 {
4815         u64 now_ns;
4816         u32 delta_us;
4817
4818         bfq_update_hw_tag(bfqd);
4819
4820         bfqd->rq_in_driver--;
4821         bfqq->dispatched--;
4822
4823         if (!bfqq->dispatched && !bfq_bfqq_busy(bfqq)) {
4824                 /*
4825                  * Set budget_timeout (which we overload to store the
4826                  * time at which the queue remains with no backlog and
4827                  * no outstanding request; used by the weight-raising
4828                  * mechanism).
4829                  */
4830                 bfqq->budget_timeout = jiffies;
4831
4832                 bfq_weights_tree_remove(bfqd, bfqq);
4833         }
4834
4835         now_ns = ktime_get_ns();
4836
4837         bfqq->ttime.last_end_request = now_ns;
4838
4839         /*
4840          * Using us instead of ns, to get a reasonable precision in
4841          * computing rate in next check.
4842          */
4843         delta_us = div_u64(now_ns - bfqd->last_completion, NSEC_PER_USEC);
4844
4845         /*
4846          * If the request took rather long to complete, and, according
4847          * to the maximum request size recorded, this completion latency
4848          * implies that the request was certainly served at a very low
4849          * rate (less than 1M sectors/sec), then the whole observation
4850          * interval that lasts up to this time instant cannot be a
4851          * valid time interval for computing a new peak rate.  Invoke
4852          * bfq_update_rate_reset to have the following three steps
4853          * taken:
4854          * - close the observation interval at the last (previous)
4855          *   request dispatch or completion
4856          * - compute rate, if possible, for that observation interval
4857          * - reset to zero samples, which will trigger a proper
4858          *   re-initialization of the observation interval on next
4859          *   dispatch
4860          */
4861         if (delta_us > BFQ_MIN_TT/NSEC_PER_USEC &&
4862            (bfqd->last_rq_max_size<<BFQ_RATE_SHIFT)/delta_us <
4863                         1UL<<(BFQ_RATE_SHIFT - 10))
4864                 bfq_update_rate_reset(bfqd, NULL);
4865         bfqd->last_completion = now_ns;
4866
4867         /*
4868          * If we are waiting to discover whether the request pattern
4869          * of the task associated with the queue is actually
4870          * isochronous, and both requisites for this condition to hold
4871          * are now satisfied, then compute soft_rt_next_start (see the
4872          * comments on the function bfq_bfqq_softrt_next_start()). We
4873          * schedule this delayed check when bfqq expires, if it still
4874          * has in-flight requests.
4875          */
4876         if (bfq_bfqq_softrt_update(bfqq) && bfqq->dispatched == 0 &&
4877             RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list))
4878                 bfqq->soft_rt_next_start =
4879                         bfq_bfqq_softrt_next_start(bfqd, bfqq);
4880
4881         /*
4882          * If this is the in-service queue, check if it needs to be expired,
4883          * or if we want to idle in case it has no pending requests.
4884          */
4885         if (bfqd->in_service_queue == bfqq) {
4886                 if (bfq_bfqq_must_idle(bfqq)) {
4887                         if (bfqq->dispatched == 0)
4888                                 bfq_arm_slice_timer(bfqd);
4889                         /*
4890                          * If we get here, we do not expire bfqq, even
4891                          * if bfqq was in budget timeout or had no
4892                          * more requests (as controlled in the next
4893                          * conditional instructions). The reason for
4894                          * not expiring bfqq is as follows.
4895                          *
4896                          * Here bfqq->dispatched > 0 holds, but
4897                          * bfq_bfqq_must_idle() returned true. This
4898                          * implies that, even if no request arrives
4899                          * for bfqq before bfqq->dispatched reaches 0,
4900                          * bfqq will, however, not be expired on the
4901                          * completion event that causes bfqq->dispatch
4902                          * to reach zero. In contrast, on this event,
4903                          * bfqq will start enjoying device idling
4904                          * (I/O-dispatch plugging).
4905                          *
4906                          * But, if we expired bfqq here, bfqq would
4907                          * not have the chance to enjoy device idling
4908                          * when bfqq->dispatched finally reaches
4909                          * zero. This would expose bfqq to violation
4910                          * of its reserved service guarantees.
4911                          */
4912                         return;
4913                 } else if (bfq_may_expire_for_budg_timeout(bfqq))
4914                         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false,
4915                                         BFQQE_BUDGET_TIMEOUT);
4916                 else if (RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) &&
4917                          (bfqq->dispatched == 0 ||
4918                           !bfq_better_to_idle(bfqq)))
4919                         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false,
4920                                         BFQQE_NO_MORE_REQUESTS);
4921         }
4922
4923         if (!bfqd->rq_in_driver)
4924                 bfq_schedule_dispatch(bfqd);
4925 }
4926
4927 static void bfq_finish_requeue_request_body(struct bfq_queue *bfqq)
4928 {
4929         bfqq->allocated--;
4930
4931         bfq_put_queue(bfqq);
4932 }
4933
4934 /*
4935  * Handle either a requeue or a finish for rq. The things to do are
4936  * the same in both cases: all references to rq are to be dropped. In
4937  * particular, rq is considered completed from the point of view of
4938  * the scheduler.
4939  */
4940 static void bfq_finish_requeue_request(struct request *rq)
4941 {
4942         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
4943         struct bfq_data *bfqd;
4944
4945         /*
4946          * Requeue and finish hooks are invoked in blk-mq without
4947          * checking whether the involved request is actually still
4948          * referenced in the scheduler. To handle this fact, the
4949          * following two checks make this function exit in case of
4950          * spurious invocations, for which there is nothing to do.
4951          *
4952          * First, check whether rq has nothing to do with an elevator.
4953          */
4954         if (unlikely(!(rq->rq_flags & RQF_ELVPRIV)))
4955                 return;
4956
4957         /*
4958          * rq either is not associated with any icq, or is an already
4959          * requeued request that has not (yet) been re-inserted into
4960          * a bfq_queue.
4961          */
4962         if (!rq->elv.icq || !bfqq)
4963                 return;
4964
4965         bfqd = bfqq->bfqd;
4966
4967         if (rq->rq_flags & RQF_STARTED)
4968                 bfqg_stats_update_completion(bfqq_group(bfqq),
4969                                              rq->start_time_ns,
4970                                              rq->io_start_time_ns,
4971                                              rq->cmd_flags);
4972
4973         if (likely(rq->rq_flags & RQF_STARTED)) {
4974                 unsigned long flags;
4975
4976                 spin_lock_irqsave(&bfqd->lock, flags);
4977
4978                 bfq_completed_request(bfqq, bfqd);
4979                 bfq_finish_requeue_request_body(bfqq);
4980
4981                 spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
4982         } else {
4983                 /*
4984                  * Request rq may be still/already in the scheduler,
4985                  * in which case we need to remove it (this should
4986                  * never happen in case of requeue). And we cannot
4987                  * defer such a check and removal, to avoid
4988                  * inconsistencies in the time interval from the end
4989                  * of this function to the start of the deferred work.
4990                  * This situation seems to occur only in process
4991                  * context, as a consequence of a merge. In the
4992                  * current version of the code, this implies that the
4993                  * lock is held.
4994                  */
4995
4996                 if (!RB_EMPTY_NODE(&rq->rb_node)) {
4997                         bfq_remove_request(rq->q, rq);
4998                         bfqg_stats_update_io_remove(bfqq_group(bfqq),
4999                                                     rq->cmd_flags);
5000                 }
5001                 bfq_finish_requeue_request_body(bfqq);
5002         }
5003
5004         /*
5005          * Reset private fields. In case of a requeue, this allows
5006          * this function to correctly do nothing if it is spuriously
5007          * invoked again on this same request (see the check at the
5008          * beginning of the function). Probably, a better general
5009          * design would be to prevent blk-mq from invoking the requeue
5010          * or finish hooks of an elevator, for a request that is not
5011          * referred by that elevator.
5012          *
5013          * Resetting the following fields would break the
5014          * request-insertion logic if rq is re-inserted into a bfq
5015          * internal queue, without a re-preparation. Here we assume
5016          * that re-insertions of requeued requests, without
5017          * re-preparation, can happen only for pass_through or at_head
5018          * requests (which are not re-inserted into bfq internal
5019          * queues).
5020          */
5021         rq->elv.priv[0] = NULL;
5022         rq->elv.priv[1] = NULL;
5023 }
5024
5025 /*
5026  * Returns NULL if a new bfqq should be allocated, or the old bfqq if this
5027  * was the last process referring to that bfqq.
5028  */
5029 static struct bfq_queue *
5030 bfq_split_bfqq(struct bfq_io_cq *bic, struct bfq_queue *bfqq)
5031 {
5032         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "splitting queue");
5033
5034         if (bfqq_process_refs(bfqq) == 1) {
5035                 bfqq->pid = current->pid;
5036                 bfq_clear_bfqq_coop(bfqq);
5037                 bfq_clear_bfqq_split_coop(bfqq);
5038                 return bfqq;
5039         }
5040
5041         bic_set_bfqq(bic, NULL, 1);
5042
5043         bfq_put_cooperator(bfqq);
5044
5045         bfq_put_queue(bfqq);
5046         return NULL;
5047 }
5048
5049 static struct bfq_queue *bfq_get_bfqq_handle_split(struct bfq_data *bfqd,
5050                                                    struct bfq_io_cq *bic,
5051                                                    struct bio *bio,
5052                                                    bool split, bool is_sync,
5053                                                    bool *new_queue)
5054 {
5055         struct bfq_queue *bfqq = bic_to_bfqq(bic, is_sync);
5056
5057         if (likely(bfqq && bfqq != &bfqd->oom_bfqq))
5058                 return bfqq;
5059
5060         if (new_queue)
5061                 *new_queue = true;
5062
5063         if (bfqq)
5064                 bfq_put_queue(bfqq);
5065         bfqq = bfq_get_queue(bfqd, bio, is_sync, bic);
5066
5067         bic_set_bfqq(bic, bfqq, is_sync);
5068         if (split && is_sync) {
5069                 if ((bic->was_in_burst_list && bfqd->large_burst) ||
5070                     bic->saved_in_large_burst)
5071                         bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq);
5072                 else {
5073                         bfq_clear_bfqq_in_large_burst(bfqq);
5074                         if (bic->was_in_burst_list)
5075                                 /*
5076                                  * If bfqq was in the current
5077                                  * burst list before being
5078                                  * merged, then we have to add
5079                                  * it back. And we do not need
5080                                  * to increase burst_size, as
5081                                  * we did not decrement
5082                                  * burst_size when we removed
5083                                  * bfqq from the burst list as
5084                                  * a consequence of a merge
5085                                  * (see comments in
5086                                  * bfq_put_queue). In this
5087                                  * respect, it would be rather
5088                                  * costly to know whether the
5089                                  * current burst list is still
5090                                  * the same burst list from
5091                                  * which bfqq was removed on
5092                                  * the merge. To avoid this
5093                                  * cost, if bfqq was in a
5094                                  * burst list, then we add
5095                                  * bfqq to the current burst
5096                                  * list without any further
5097                                  * check. This can cause
5098                                  * inappropriate insertions,
5099                                  * but rarely enough to not
5100                                  * harm the detection of large
5101                                  * bursts significantly.
5102                                  */
5103                                 hlist_add_head(&bfqq->burst_list_node,
5104                                                &bfqd->burst_list);
5105                 }
5106                 bfqq->split_time = jiffies;
5107         }
5108
5109         return bfqq;
5110 }
5111
5112 /*
5113  * Only reset private fields. The actual request preparation will be
5114  * performed by bfq_init_rq, when rq is either inserted or merged. See
5115  * comments on bfq_init_rq for the reason behind this delayed
5116  * preparation.
5117  */
5118 static void bfq_prepare_request(struct request *rq, struct bio *bio)
5119 {
5120         /*
5121          * Regardless of whether we have an icq attached, we have to
5122          * clear the scheduler pointers, as they might point to
5123          * previously allocated bic/bfqq structs.
5124          */
5125         rq->elv.priv[0] = rq->elv.priv[1] = NULL;
5126 }
5127
5128 /*
5129  * If needed, init rq, allocate bfq data structures associated with
5130  * rq, and increment reference counters in the destination bfq_queue
5131  * for rq. Return the destination bfq_queue for rq, or NULL is rq is
5132  * not associated with any bfq_queue.
5133  *
5134  * This function is invoked by the functions that perform rq insertion
5135  * or merging. One may have expected the above preparation operations
5136  * to be performed in bfq_prepare_request, and not delayed to when rq
5137  * is inserted or merged. The rationale behind this delayed
5138  * preparation is that, after the prepare_request hook is invoked for
5139  * rq, rq may still be transformed into a request with no icq, i.e., a
5140  * request not associated with any queue. No bfq hook is invoked to
5141  * signal this tranformation. As a consequence, should these
5142  * preparation operations be performed when the prepare_request hook
5143  * is invoked, and should rq be transformed one moment later, bfq
5144  * would end up in an inconsistent state, because it would have
5145  * incremented some queue counters for an rq destined to
5146  * transformation, without any chance to correctly lower these
5147  * counters back. In contrast, no transformation can still happen for
5148  * rq after rq has been inserted or merged. So, it is safe to execute
5149  * these preparation operations when rq is finally inserted or merged.
5150  */
5151 static struct bfq_queue *bfq_init_rq(struct request *rq)
5152 {
5153         struct request_queue *q = rq->q;
5154         struct bio *bio = rq->bio;
5155         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
5156         struct bfq_io_cq *bic;
5157         const int is_sync = rq_is_sync(rq);
5158         struct bfq_queue *bfqq;
5159         bool new_queue = false;
5160         bool bfqq_already_existing = false, split = false;
5161
5162         if (unlikely(!rq->elv.icq))
5163                 return NULL;
5164
5165         /*
5166          * Assuming that elv.priv[1] is set only if everything is set
5167          * for this rq. This holds true, because this function is
5168          * invoked only for insertion or merging, and, after such
5169          * events, a request cannot be manipulated any longer before
5170          * being removed from bfq.
5171          */
5172         if (rq->elv.priv[1])
5173                 return rq->elv.priv[1];
5174
5175         bic = icq_to_bic(rq->elv.icq);
5176
5177         bfq_check_ioprio_change(bic, bio);
5178
5179         bfq_bic_update_cgroup(bic, bio);
5180
5181         bfqq = bfq_get_bfqq_handle_split(bfqd, bic, bio, false, is_sync,
5182                                          &new_queue);
5183
5184         if (likely(!new_queue)) {
5185                 /* If the queue was seeky for too long, break it apart. */
5186                 if (bfq_bfqq_coop(bfqq) && bfq_bfqq_split_coop(bfqq)) {
5187                         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "breaking apart bfqq");
5188
5189                         /* Update bic before losing reference to bfqq */
5190                         if (bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq))
5191                                 bic->saved_in_large_burst = true;
5192
5193                         bfqq = bfq_split_bfqq(bic, bfqq);
5194                         split = true;
5195
5196                         if (!bfqq)
5197                                 bfqq = bfq_get_bfqq_handle_split(bfqd, bic, bio,
5198                                                                  true, is_sync,
5199                                                                  NULL);
5200                         else
5201                                 bfqq_already_existing = true;
5202                 }
5203         }
5204
5205         bfqq->allocated++;
5206         bfqq->ref++;
5207         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "get_request %p: bfqq %p, %d",
5208                      rq, bfqq, bfqq->ref);
5209
5210         rq->elv.priv[0] = bic;
5211         rq->elv.priv[1] = bfqq;
5212
5213         /*
5214          * If a bfq_queue has only one process reference, it is owned
5215          * by only this bic: we can then set bfqq->bic = bic. in
5216          * addition, if the queue has also just been split, we have to
5217          * resume its state.
5218          */
5219         if (likely(bfqq != &bfqd->oom_bfqq) && bfqq_process_refs(bfqq) == 1) {
5220                 bfqq->bic = bic;
5221                 if (split) {
5222                         /*
5223                          * The queue has just been split from a shared
5224                          * queue: restore the idle window and the
5225                          * possible weight raising period.
5226                          */
5227                         bfq_bfqq_resume_state(bfqq, bfqd, bic,
5228                                               bfqq_already_existing);
5229                 }
5230         }
5231
5232         if (unlikely(bfq_bfqq_just_created(bfqq)))
5233                 bfq_handle_burst(bfqd, bfqq);
5234
5235         return bfqq;
5236 }
5237
5238 static void
5239 bfq_idle_slice_timer_body(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
5240 {
5241         enum bfqq_expiration reason;
5242         unsigned long flags;
5243
5244         spin_lock_irqsave(&bfqd->lock, flags);
5245
5246         /*
5247          * Considering that bfqq may be in race, we should firstly check
5248          * whether bfqq is in service before doing something on it. If
5249          * the bfqq in race is not in service, it has already been expired
5250          * through __bfq_bfqq_expire func and its wait_request flags has
5251          * been cleared in __bfq_bfqd_reset_in_service func.
5252          */
5253         if (bfqq != bfqd->in_service_queue) {
5254                 spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
5255                 return;
5256         }
5257
5258         bfq_clear_bfqq_wait_request(bfqq);
5259
5260         if (bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq))
5261                 /*
5262                  * Also here the queue can be safely expired
5263                  * for budget timeout without wasting
5264                  * guarantees
5265                  */
5266                 reason = BFQQE_BUDGET_TIMEOUT;
5267         else if (bfqq->queued[0] == 0 && bfqq->queued[1] == 0)
5268                 /*
5269                  * The queue may not be empty upon timer expiration,
5270                  * because we may not disable the timer when the
5271                  * first request of the in-service queue arrives
5272                  * during disk idling.
5273                  */
5274                 reason = BFQQE_TOO_IDLE;
5275         else
5276                 goto schedule_dispatch;
5277
5278         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, true, reason);
5279
5280 schedule_dispatch:
5281         spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
5282         bfq_schedule_dispatch(bfqd);
5283 }
5284
5285 /*
5286  * Handler of the expiration of the timer running if the in-service queue
5287  * is idling inside its time slice.
5288  */
5289 static enum hrtimer_restart bfq_idle_slice_timer(struct hrtimer *timer)
5290 {
5291         struct bfq_data *bfqd = container_of(timer, struct bfq_data,
5292                                              idle_slice_timer);
5293         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->in_service_queue;
5294
5295         /*
5296          * Theoretical race here: the in-service queue can be NULL or
5297          * different from the queue that was idling if a new request
5298          * arrives for the current queue and there is a full dispatch
5299          * cycle that changes the in-service queue.  This can hardly
5300          * happen, but in the worst case we just expire a queue too
5301          * early.
5302          */
5303         if (bfqq)
5304                 bfq_idle_slice_timer_body(bfqd, bfqq);
5305
5306         return HRTIMER_NORESTART;
5307 }
5308
5309 static void __bfq_put_async_bfqq(struct bfq_data *bfqd,
5310                                  struct bfq_queue **bfqq_ptr)
5311 {
5312         struct bfq_queue *bfqq = *bfqq_ptr;
5313
5314         bfq_log(bfqd, "put_async_bfqq: %p", bfqq);
5315         if (bfqq) {
5316                 bfq_bfqq_move(bfqd, bfqq, bfqd->root_group);
5317
5318                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "put_async_bfqq: putting %p, %d",
5319                              bfqq, bfqq->ref);
5320                 bfq_put_queue(bfqq);
5321                 *bfqq_ptr = NULL;
5322         }
5323 }
5324
5325 /*
5326  * Release all the bfqg references to its async queues.  If we are
5327  * deallocating the group these queues may still contain requests, so
5328  * we reparent them to the root cgroup (i.e., the only one that will
5329  * exist for sure until all the requests on a device are gone).
5330  */
5331 void bfq_put_async_queues(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_group *bfqg)
5332 {
5333         int i, j;
5334
5335         for (i = 0; i < 2; i++)
5336                 for (j = 0; j < IOPRIO_BE_NR; j++)
5337                         __bfq_put_async_bfqq(bfqd, &bfqg->async_bfqq[i][j]);
5338
5339         __bfq_put_async_bfqq(bfqd, &bfqg->async_idle_bfqq);
5340 }
5341
5342 /*
5343  * See the comments on bfq_limit_depth for the purpose of
5344  * the depths set in the function. Return minimum shallow depth we'll use.
5345  */
5346 static unsigned int bfq_update_depths(struct bfq_data *bfqd,
5347                                       struct sbitmap_queue *bt)
5348 {
5349         unsigned int i, j, min_shallow = UINT_MAX;
5350
5351         /*
5352          * In-word depths if no bfq_queue is being weight-raised:
5353          * leaving 25% of tags only for sync reads.
5354          *
5355          * In next formulas, right-shift the value
5356          * (1U<<bt->sb.shift), instead of computing directly
5357          * (1U<<(bt->sb.shift - something)), to be robust against
5358          * any possible value of bt->sb.shift, without having to
5359          * limit 'something'.
5360          */
5361         /* no more than 50% of tags for async I/O */
5362         bfqd->word_depths[0][0] = max((1U << bt->sb.shift) >> 1, 1U);
5363         /*
5364          * no more than 75% of tags for sync writes (25% extra tags
5365          * w.r.t. async I/O, to prevent async I/O from starving sync
5366          * writes)
5367          */
5368         bfqd->word_depths[0][1] = max(((1U << bt->sb.shift) * 3) >> 2, 1U);
5369
5370         /*
5371          * In-word depths in case some bfq_queue is being weight-
5372          * raised: leaving ~63% of tags for sync reads. This is the
5373          * highest percentage for which, in our tests, application
5374          * start-up times didn't suffer from any regression due to tag
5375          * shortage.
5376          */
5377         /* no more than ~18% of tags for async I/O */
5378         bfqd->word_depths[1][0] = max(((1U << bt->sb.shift) * 3) >> 4, 1U);
5379         /* no more than ~37% of tags for sync writes (~20% extra tags) */
5380         bfqd->word_depths[1][1] = max(((1U << bt->sb.shift) * 6) >> 4, 1U);
5381
5382         for (i = 0; i < 2; i++)
5383                 for (j = 0; j < 2; j++)
5384                         min_shallow = min(min_shallow, bfqd->word_depths[i][j]);
5385
5386         return min_shallow;
5387 }
5388
5389 static void bfq_depth_updated(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
5390 {
5391         struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
5392         struct blk_mq_tags *tags = hctx->sched_tags;
5393         unsigned int min_shallow;
5394
5395         min_shallow = bfq_update_depths(bfqd, &tags->bitmap_tags);
5396         sbitmap_queue_min_shallow_depth(&tags->bitmap_tags, min_shallow);
5397 }
5398
5399 static int bfq_init_hctx(struct blk_mq_hw_ctx *hctx, unsigned int index)
5400 {
5401         bfq_depth_updated(hctx);
5402         return 0;
5403 }
5404
5405 static void bfq_exit_queue(struct elevator_queue *e)
5406 {
5407         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
5408         struct bfq_queue *bfqq, *n;
5409
5410         hrtimer_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
5411
5412         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
5413         list_for_each_entry_safe(bfqq, n, &bfqd->idle_list, bfqq_list)
5414                 bfq_deactivate_bfqq(bfqd, bfqq, false, false);
5415         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
5416
5417         hrtimer_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
5418
5419 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
5420         /* release oom-queue reference to root group */
5421         bfqg_and_blkg_put(bfqd->root_group);
5422
5423         blkcg_deactivate_policy(bfqd->queue, &blkcg_policy_bfq);
5424 #else
5425         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
5426         bfq_put_async_queues(bfqd, bfqd->root_group);
5427         kfree(bfqd->root_group);
5428         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
5429 #endif
5430
5431         wbt_enable_default(bfqd->queue);
5432
5433         kfree(bfqd);
5434 }
5435
5436 static void bfq_init_root_group(struct bfq_group *root_group,
5437                                 struct bfq_data *bfqd)
5438 {
5439         int i;
5440
5441 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
5442         root_group->entity.parent = NULL;
5443         root_group->my_entity = NULL;
5444         root_group->bfqd = bfqd;
5445 #endif
5446         root_group->rq_pos_tree = RB_ROOT;
5447         for (i = 0; i < BFQ_IOPRIO_CLASSES; i++)
5448                 root_group->sched_data.service_tree[i] = BFQ_SERVICE_TREE_INIT;
5449         root_group->sched_data.bfq_class_idle_last_service = jiffies;
5450 }
5451
5452 static int bfq_init_queue(struct request_queue *q, struct elevator_type *e)
5453 {
5454         struct bfq_data *bfqd;
5455         struct elevator_queue *eq;
5456
5457         eq = elevator_alloc(q, e);
5458         if (!eq)
5459                 return -ENOMEM;
5460
5461         bfqd = kzalloc_node(sizeof(*bfqd), GFP_KERNEL, q->node);
5462         if (!bfqd) {
5463                 kobject_put(&eq->kobj);
5464                 return -ENOMEM;
5465         }
5466         eq->elevator_data = bfqd;
5467
5468         spin_lock_irq(q->queue_lock);
5469         q->elevator = eq;
5470         spin_unlock_irq(q->queue_lock);
5471
5472         /*
5473          * Our fallback bfqq if bfq_find_alloc_queue() runs into OOM issues.
5474          * Grab a permanent reference to it, so that the normal code flow
5475          * will not attempt to free it.
5476          */
5477         bfq_init_bfqq(bfqd, &bfqd->oom_bfqq, NULL, 1, 0);
5478         bfqd->oom_bfqq.ref++;
5479         bfqd->oom_bfqq.new_ioprio = BFQ_DEFAULT_QUEUE_IOPRIO;
5480         bfqd->oom_bfqq.new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_BE;
5481         bfqd->oom_bfqq.entity.new_weight =
5482                 bfq_ioprio_to_weight(bfqd->oom_bfqq.new_ioprio);
5483
5484         /* oom_bfqq does not participate to bursts */
5485         bfq_clear_bfqq_just_created(&bfqd->oom_bfqq);
5486
5487         /*
5488          * Trigger weight initialization, according to ioprio, at the
5489          * oom_bfqq's first activation. The oom_bfqq's ioprio and ioprio
5490          * class won't be changed any more.
5491          */
5492         bfqd->oom_bfqq.entity.prio_changed = 1;
5493
5494         bfqd->queue = q;
5495
5496         INIT_LIST_HEAD(&bfqd->dispatch);
5497
5498         hrtimer_init(&bfqd->idle_slice_timer, CLOCK_MONOTONIC,
5499                      HRTIMER_MODE_REL);
5500         bfqd->idle_slice_timer.function = bfq_idle_slice_timer;
5501
5502         bfqd->queue_weights_tree = RB_ROOT;
5503         bfqd->num_groups_with_pending_reqs = 0;
5504
5505         INIT_LIST_HEAD(&bfqd->active_list);
5506         INIT_LIST_HEAD(&bfqd->idle_list);
5507         INIT_HLIST_HEAD(&bfqd->burst_list);
5508
5509         bfqd->hw_tag = -1;
5510
5511         bfqd->bfq_max_budget = bfq_default_max_budget;
5512
5513         bfqd->bfq_fifo_expire[0] = bfq_fifo_expire[0];
5514         bfqd->bfq_fifo_expire[1] = bfq_fifo_expire[1];
5515         bfqd->bfq_back_max = bfq_back_max;
5516         bfqd->bfq_back_penalty = bfq_back_penalty;
5517         bfqd->bfq_slice_idle = bfq_slice_idle;
5518         bfqd->bfq_timeout = bfq_timeout;
5519
5520         bfqd->bfq_requests_within_timer = 120;
5521
5522         bfqd->bfq_large_burst_thresh = 8;
5523         bfqd->bfq_burst_interval = msecs_to_jiffies(180);
5524
5525         bfqd->low_latency = true;
5526
5527         /*
5528          * Trade-off between responsiveness and fairness.
5529          */
5530         bfqd->bfq_wr_coeff = 30;
5531         bfqd->bfq_wr_rt_max_time = msecs_to_jiffies(300);
5532         bfqd->bfq_wr_max_time = 0;
5533         bfqd->bfq_wr_min_idle_time = msecs_to_jiffies(2000);
5534         bfqd->bfq_wr_min_inter_arr_async = msecs_to_jiffies(500);
5535         bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate = 7000; /*
5536                                               * Approximate rate required
5537                                               * to playback or record a
5538                                               * high-definition compressed
5539                                               * video.
5540                                               */
5541         bfqd->wr_busy_queues = 0;
5542
5543         /*
5544          * Begin by assuming, optimistically, that the device peak
5545          * rate is equal to 2/3 of the highest reference rate.
5546          */
5547         bfqd->rate_dur_prod = ref_rate[blk_queue_nonrot(bfqd->queue)] *
5548                 ref_wr_duration[blk_queue_nonrot(bfqd->queue)];
5549         bfqd->peak_rate = ref_rate[blk_queue_nonrot(bfqd->queue)] * 2 / 3;
5550
5551         spin_lock_init(&bfqd->lock);
5552
5553         /*
5554          * The invocation of the next bfq_create_group_hierarchy
5555          * function is the head of a chain of function calls
5556          * (bfq_create_group_hierarchy->blkcg_activate_policy->
5557          * blk_mq_freeze_queue) that may lead to the invocation of the
5558          * has_work hook function. For this reason,
5559          * bfq_create_group_hierarchy is invoked only after all
5560          * scheduler data has been initialized, apart from the fields
5561          * that can be initialized only after invoking
5562          * bfq_create_group_hierarchy. This, in particular, enables
5563          * has_work to correctly return false. Of course, to avoid
5564          * other inconsistencies, the blk-mq stack must then refrain
5565          * from invoking further scheduler hooks before this init
5566          * function is finished.
5567          */
5568         bfqd->root_group = bfq_create_group_hierarchy(bfqd, q->node);
5569         if (!bfqd->root_group)
5570                 goto out_free;
5571         bfq_init_root_group(bfqd->root_group, bfqd);
5572         bfq_init_entity(&bfqd->oom_bfqq.entity, bfqd->root_group);
5573
5574         wbt_disable_default(q);
5575         return 0;
5576
5577 out_free:
5578         kfree(bfqd);
5579         kobject_put(&eq->kobj);
5580         return -ENOMEM;
5581 }
5582
5583 static void bfq_slab_kill(void)
5584 {
5585         kmem_cache_destroy(bfq_pool);
5586 }
5587
5588 static int __init bfq_slab_setup(void)
5589 {
5590         bfq_pool = KMEM_CACHE(bfq_queue, 0);
5591         if (!bfq_pool)
5592                 return -ENOMEM;
5593         return 0;
5594 }
5595
5596 static ssize_t bfq_var_show(unsigned int var, char *page)
5597 {
5598         return sprintf(page, "%u\n", var);
5599 }
5600
5601 static int bfq_var_store(unsigned long *var, const char *page)
5602 {
5603         unsigned long new_val;
5604         int ret = kstrtoul(page, 10, &new_val);
5605
5606         if (ret)
5607                 return ret;
5608         *var = new_val;
5609         return 0;
5610 }
5611
5612 #define SHOW_FUNCTION(__FUNC, __VAR, __CONV)                            \
5613 static ssize_t __FUNC(struct elevator_queue *e, char *page)             \
5614 {                                                                       \
5615         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
5616         u64 __data = __VAR;                                             \
5617         if (__CONV == 1)                                                \
5618                 __data = jiffies_to_msecs(__data);                      \
5619         else if (__CONV == 2)                                           \
5620                 __data = div_u64(__data, NSEC_PER_MSEC);                \
5621         return bfq_var_show(__data, (page));                            \
5622 }
5623 SHOW_FUNCTION(bfq_fifo_expire_sync_show, bfqd->bfq_fifo_expire[1], 2);
5624 SHOW_FUNCTION(bfq_fifo_expire_async_show, bfqd->bfq_fifo_expire[0], 2);
5625 SHOW_FUNCTION(bfq_back_seek_max_show, bfqd->bfq_back_max, 0);
5626 SHOW_FUNCTION(bfq_back_seek_penalty_show, bfqd->bfq_back_penalty, 0);
5627 SHOW_FUNCTION(bfq_slice_idle_show, bfqd->bfq_slice_idle, 2);
5628 SHOW_FUNCTION(bfq_max_budget_show, bfqd->bfq_user_max_budget, 0);
5629 SHOW_FUNCTION(bfq_timeout_sync_show, bfqd->bfq_timeout, 1);
5630 SHOW_FUNCTION(bfq_strict_guarantees_show, bfqd->strict_guarantees, 0);
5631 SHOW_FUNCTION(bfq_low_latency_show, bfqd->low_latency, 0);
5632 #undef SHOW_FUNCTION
5633
5634 #define USEC_SHOW_FUNCTION(__FUNC, __VAR)                               \
5635 static ssize_t __FUNC(struct elevator_queue *e, char *page)             \
5636 {                                                                       \
5637         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
5638         u64 __data = __VAR;                                             \
5639         __data = div_u64(__data, NSEC_PER_USEC);                        \
5640         return bfq_var_show(__data, (page));                            \
5641 }
5642 USEC_SHOW_FUNCTION(bfq_slice_idle_us_show, bfqd->bfq_slice_idle);
5643 #undef USEC_SHOW_FUNCTION
5644
5645 #define STORE_FUNCTION(__FUNC, __PTR, MIN, MAX, __CONV)                 \
5646 static ssize_t                                                          \
5647 __FUNC(struct elevator_queue *e, const char *page, size_t count)        \
5648 {                                                                       \
5649         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
5650         unsigned long __data, __min = (MIN), __max = (MAX);             \
5651         int ret;                                                        \
5652                                                                         \
5653         ret = bfq_var_store(&__data, (page));                           \
5654         if (ret)                                                        \
5655                 return ret;                                             \
5656         if (__data < __min)                                             \
5657                 __data = __min;                                         \
5658         else if (__data > __max)                                        \
5659                 __data = __max;                                         \
5660         if (__CONV == 1)                                                \
5661                 *(__PTR) = msecs_to_jiffies(__data);                    \
5662         else if (__CONV == 2)                                           \
5663                 *(__PTR) = (u64)__data * NSEC_PER_MSEC;                 \
5664         else                                                            \
5665                 *(__PTR) = __data;                                      \
5666         return count;                                                   \
5667 }
5668 STORE_FUNCTION(bfq_fifo_expire_sync_store, &bfqd->bfq_fifo_expire[1], 1,
5669                 INT_MAX, 2);
5670 STORE_FUNCTION(bfq_fifo_expire_async_store, &bfqd->bfq_fifo_expire[0], 1,
5671                 INT_MAX, 2);
5672 STORE_FUNCTION(bfq_back_seek_max_store, &bfqd->bfq_back_max, 0, INT_MAX, 0);
5673 STORE_FUNCTION(bfq_back_seek_penalty_store, &bfqd->bfq_back_penalty, 1,
5674                 INT_MAX, 0);
5675 STORE_FUNCTION(bfq_slice_idle_store, &bfqd->bfq_slice_idle, 0, INT_MAX, 2);
5676 #undef STORE_FUNCTION
5677
5678 #define USEC_STORE_FUNCTION(__FUNC, __PTR, MIN, MAX)                    \
5679 static ssize_t __FUNC(struct elevator_queue *e, const char *page, size_t count)\
5680 {                                                                       \
5681         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
5682         unsigned long __data, __min = (MIN), __max = (MAX);             \
5683         int ret;                                                        \
5684                                                                         \
5685         ret = bfq_var_store(&__data, (page));                           \
5686         if (ret)                                                        \
5687                 return ret;                                             \
5688         if (__data < __min)                                             \
5689                 __data = __min;                                         \
5690         else if (__data > __max)                                        \
5691                 __data = __max;                                         \
5692         *(__PTR) = (u64)__data * NSEC_PER_USEC;                         \
5693         return count;                                                   \
5694 }
5695 USEC_STORE_FUNCTION(bfq_slice_idle_us_store, &bfqd->bfq_slice_idle, 0,
5696                     UINT_MAX);
5697 #undef USEC_STORE_FUNCTION
5698
5699 static ssize_t bfq_max_budget_store(struct elevator_queue *e,
5700                                     const char *page, size_t count)
5701 {
5702         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
5703         unsigned long __data;
5704         int ret;
5705
5706         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
5707         if (ret)
5708                 return ret;
5709
5710         if (__data == 0)
5711                 bfqd->bfq_max_budget = bfq_calc_max_budget(bfqd);
5712         else {
5713                 if (__data > INT_MAX)
5714                         __data = INT_MAX;
5715                 bfqd->bfq_max_budget = __data;
5716         }
5717
5718         bfqd->bfq_user_max_budget = __data;
5719
5720         return count;
5721 }
5722
5723 /*
5724  * Leaving this name to preserve name compatibility with cfq
5725  * parameters, but this timeout is used for both sync and async.
5726  */
5727 static ssize_t bfq_timeout_sync_store(struct elevator_queue *e,
5728                                       const char *page, size_t count)
5729 {
5730         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
5731         unsigned long __data;
5732         int ret;
5733
5734         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
5735         if (ret)
5736                 return ret;
5737
5738         if (__data < 1)
5739                 __data = 1;
5740         else if (__data > INT_MAX)
5741                 __data = INT_MAX;
5742
5743         bfqd->bfq_timeout = msecs_to_jiffies(__data);
5744         if (bfqd->bfq_user_max_budget == 0)
5745                 bfqd->bfq_max_budget = bfq_calc_max_budget(bfqd);
5746
5747         return count;
5748 }
5749
5750 static ssize_t bfq_strict_guarantees_store(struct elevator_queue *e,
5751                                      const char *page, size_t count)
5752 {
5753         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
5754         unsigned long __data;
5755         int ret;
5756
5757         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
5758         if (ret)
5759                 return ret;
5760
5761         if (__data > 1)
5762                 __data = 1;
5763         if (!bfqd->strict_guarantees && __data == 1
5764             && bfqd->bfq_slice_idle < 8 * NSEC_PER_MSEC)
5765                 bfqd->bfq_slice_idle = 8 * NSEC_PER_MSEC;
5766
5767         bfqd->strict_guarantees = __data;
5768
5769         return count;
5770 }
5771
5772 static ssize_t bfq_low_latency_store(struct elevator_queue *e,
5773                                      const char *page, size_t count)
5774 {
5775         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
5776         unsigned long __data;
5777         int ret;
5778
5779         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
5780         if (ret)
5781                 return ret;
5782
5783         if (__data > 1)
5784                 __data = 1;
5785         if (__data == 0 && bfqd->low_latency != 0)
5786                 bfq_end_wr(bfqd);
5787         bfqd->low_latency = __data;
5788
5789         return count;
5790 }
5791
5792 #define BFQ_ATTR(name) \
5793         __ATTR(name, 0644, bfq_##name##_show, bfq_##name##_store)
5794
5795 static struct elv_fs_entry bfq_attrs[] = {
5796         BFQ_ATTR(fifo_expire_sync),
5797         BFQ_ATTR(fifo_expire_async),
5798         BFQ_ATTR(back_seek_max),
5799         BFQ_ATTR(back_seek_penalty),
5800         BFQ_ATTR(slice_idle),
5801         BFQ_ATTR(slice_idle_us),
5802         BFQ_ATTR(max_budget),
5803         BFQ_ATTR(timeout_sync),
5804         BFQ_ATTR(strict_guarantees),
5805         BFQ_ATTR(low_latency),
5806         __ATTR_NULL
5807 };
5808
5809 static struct elevator_type iosched_bfq_mq = {
5810         .ops.mq = {
5811                 .limit_depth            = bfq_limit_depth,
5812                 .prepare_request        = bfq_prepare_request,
5813                 .requeue_request        = bfq_finish_requeue_request,
5814                 .finish_request         = bfq_finish_requeue_request,
5815                 .exit_icq               = bfq_exit_icq,
5816                 .insert_requests        = bfq_insert_requests,
5817                 .dispatch_request       = bfq_dispatch_request,
5818                 .next_request           = elv_rb_latter_request,
5819                 .former_request         = elv_rb_former_request,
5820                 .allow_merge            = bfq_allow_bio_merge,
5821                 .bio_merge              = bfq_bio_merge,
5822                 .request_merge          = bfq_request_merge,
5823                 .requests_merged        = bfq_requests_merged,
5824                 .request_merged         = bfq_request_merged,
5825                 .has_work               = bfq_has_work,
5826                 .depth_updated          = bfq_depth_updated,
5827                 .init_hctx              = bfq_init_hctx,
5828                 .init_sched             = bfq_init_queue,
5829                 .exit_sched             = bfq_exit_queue,
5830         },
5831
5832         .uses_mq =              true,
5833         .icq_size =             sizeof(struct bfq_io_cq),
5834         .icq_align =            __alignof__(struct bfq_io_cq),
5835         .elevator_attrs =       bfq_attrs,
5836         .elevator_name =        "bfq",
5837         .elevator_owner =       THIS_MODULE,
5838 };
5839 MODULE_ALIAS("bfq-iosched");
5840
5841 static int __init bfq_init(void)
5842 {
5843         int ret;
5844
5845 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
5846         ret = blkcg_policy_register(&blkcg_policy_bfq);
5847         if (ret)
5848                 return ret;
5849 #endif
5850
5851         ret = -ENOMEM;
5852         if (bfq_slab_setup())
5853                 goto err_pol_unreg;
5854
5855         /*
5856          * Times to load large popular applications for the typical
5857          * systems installed on the reference devices (see the
5858          * comments before the definition of the next
5859          * array). Actually, we use slightly lower values, as the
5860          * estimated peak rate tends to be smaller than the actual
5861          * peak rate.  The reason for this last fact is that estimates
5862          * are computed over much shorter time intervals than the long
5863          * intervals typically used for benchmarking. Why? First, to
5864          * adapt more quickly to variations. Second, because an I/O
5865          * scheduler cannot rely on a peak-rate-evaluation workload to
5866          * be run for a long time.
5867          */
5868         ref_wr_duration[0] = msecs_to_jiffies(7000); /* actually 8 sec */
5869         ref_wr_duration[1] = msecs_to_jiffies(2500); /* actually 3 sec */
5870
5871         ret = elv_register(&iosched_bfq_mq);
5872         if (ret)
5873                 goto slab_kill;
5874
5875         return 0;
5876
5877 slab_kill:
5878         bfq_slab_kill();
5879 err_pol_unreg:
5880 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
5881         blkcg_policy_unregister(&blkcg_policy_bfq);
5882 #endif
5883         return ret;
5884 }
5885
5886 static void __exit bfq_exit(void)
5887 {
5888         elv_unregister(&iosched_bfq_mq);
5889 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
5890         blkcg_policy_unregister(&blkcg_policy_bfq);
5891 #endif
5892         bfq_slab_kill();
5893 }
5894
5895 module_init(bfq_init);
5896 module_exit(bfq_exit);
5897
5898 MODULE_AUTHOR("Paolo Valente");
5899 MODULE_LICENSE("GPL");
5900 MODULE_DESCRIPTION("MQ Budget Fair Queueing I/O Scheduler");