Merge tag 'linux-kselftest-fixes-6.3-rc3' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kerne...
[linux-block.git] / block / bfq-iosched.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-or-later
2 /*
3  * Budget Fair Queueing (BFQ) I/O scheduler.
4  *
5  * Based on ideas and code from CFQ:
6  * Copyright (C) 2003 Jens Axboe <axboe@kernel.dk>
7  *
8  * Copyright (C) 2008 Fabio Checconi <fabio@gandalf.sssup.it>
9  *                    Paolo Valente <paolo.valente@unimore.it>
10  *
11  * Copyright (C) 2010 Paolo Valente <paolo.valente@unimore.it>
12  *                    Arianna Avanzini <avanzini@google.com>
13  *
14  * Copyright (C) 2017 Paolo Valente <paolo.valente@linaro.org>
15  *
16  * BFQ is a proportional-share I/O scheduler, with some extra
17  * low-latency capabilities. BFQ also supports full hierarchical
18  * scheduling through cgroups. Next paragraphs provide an introduction
19  * on BFQ inner workings. Details on BFQ benefits, usage and
20  * limitations can be found in Documentation/block/bfq-iosched.rst.
21  *
22  * BFQ is a proportional-share storage-I/O scheduling algorithm based
23  * on the slice-by-slice service scheme of CFQ. But BFQ assigns
24  * budgets, measured in number of sectors, to processes instead of
25  * time slices. The device is not granted to the in-service process
26  * for a given time slice, but until it has exhausted its assigned
27  * budget. This change from the time to the service domain enables BFQ
28  * to distribute the device throughput among processes as desired,
29  * without any distortion due to throughput fluctuations, or to device
30  * internal queueing. BFQ uses an ad hoc internal scheduler, called
31  * B-WF2Q+, to schedule processes according to their budgets. More
32  * precisely, BFQ schedules queues associated with processes. Each
33  * process/queue is assigned a user-configurable weight, and B-WF2Q+
34  * guarantees that each queue receives a fraction of the throughput
35  * proportional to its weight. Thanks to the accurate policy of
36  * B-WF2Q+, BFQ can afford to assign high budgets to I/O-bound
37  * processes issuing sequential requests (to boost the throughput),
38  * and yet guarantee a low latency to interactive and soft real-time
39  * applications.
40  *
41  * In particular, to provide these low-latency guarantees, BFQ
42  * explicitly privileges the I/O of two classes of time-sensitive
43  * applications: interactive and soft real-time. In more detail, BFQ
44  * behaves this way if the low_latency parameter is set (default
45  * configuration). This feature enables BFQ to provide applications in
46  * these classes with a very low latency.
47  *
48  * To implement this feature, BFQ constantly tries to detect whether
49  * the I/O requests in a bfq_queue come from an interactive or a soft
50  * real-time application. For brevity, in these cases, the queue is
51  * said to be interactive or soft real-time. In both cases, BFQ
52  * privileges the service of the queue, over that of non-interactive
53  * and non-soft-real-time queues. This privileging is performed,
54  * mainly, by raising the weight of the queue. So, for brevity, we
55  * call just weight-raising periods the time periods during which a
56  * queue is privileged, because deemed interactive or soft real-time.
57  *
58  * The detection of soft real-time queues/applications is described in
59  * detail in the comments on the function
60  * bfq_bfqq_softrt_next_start. On the other hand, the detection of an
61  * interactive queue works as follows: a queue is deemed interactive
62  * if it is constantly non empty only for a limited time interval,
63  * after which it does become empty. The queue may be deemed
64  * interactive again (for a limited time), if it restarts being
65  * constantly non empty, provided that this happens only after the
66  * queue has remained empty for a given minimum idle time.
67  *
68  * By default, BFQ computes automatically the above maximum time
69  * interval, i.e., the time interval after which a constantly
70  * non-empty queue stops being deemed interactive. Since a queue is
71  * weight-raised while it is deemed interactive, this maximum time
72  * interval happens to coincide with the (maximum) duration of the
73  * weight-raising for interactive queues.
74  *
75  * Finally, BFQ also features additional heuristics for
76  * preserving both a low latency and a high throughput on NCQ-capable,
77  * rotational or flash-based devices, and to get the job done quickly
78  * for applications consisting in many I/O-bound processes.
79  *
80  * NOTE: if the main or only goal, with a given device, is to achieve
81  * the maximum-possible throughput at all times, then do switch off
82  * all low-latency heuristics for that device, by setting low_latency
83  * to 0.
84  *
85  * BFQ is described in [1], where also a reference to the initial,
86  * more theoretical paper on BFQ can be found. The interested reader
87  * can find in the latter paper full details on the main algorithm, as
88  * well as formulas of the guarantees and formal proofs of all the
89  * properties.  With respect to the version of BFQ presented in these
90  * papers, this implementation adds a few more heuristics, such as the
91  * ones that guarantee a low latency to interactive and soft real-time
92  * applications, and a hierarchical extension based on H-WF2Q+.
93  *
94  * B-WF2Q+ is based on WF2Q+, which is described in [2], together with
95  * H-WF2Q+, while the augmented tree used here to implement B-WF2Q+
96  * with O(log N) complexity derives from the one introduced with EEVDF
97  * in [3].
98  *
99  * [1] P. Valente, A. Avanzini, "Evolution of the BFQ Storage I/O
100  *     Scheduler", Proceedings of the First Workshop on Mobile System
101  *     Technologies (MST-2015), May 2015.
102  *     http://algogroup.unimore.it/people/paolo/disk_sched/mst-2015.pdf
103  *
104  * [2] Jon C.R. Bennett and H. Zhang, "Hierarchical Packet Fair Queueing
105  *     Algorithms", IEEE/ACM Transactions on Networking, 5(5):675-689,
106  *     Oct 1997.
107  *
108  * http://www.cs.cmu.edu/~hzhang/papers/TON-97-Oct.ps.gz
109  *
110  * [3] I. Stoica and H. Abdel-Wahab, "Earliest Eligible Virtual Deadline
111  *     First: A Flexible and Accurate Mechanism for Proportional Share
112  *     Resource Allocation", technical report.
113  *
114  * http://www.cs.berkeley.edu/~istoica/papers/eevdf-tr-95.pdf
115  */
116 #include <linux/module.h>
117 #include <linux/slab.h>
118 #include <linux/blkdev.h>
119 #include <linux/cgroup.h>
120 #include <linux/ktime.h>
121 #include <linux/rbtree.h>
122 #include <linux/ioprio.h>
123 #include <linux/sbitmap.h>
124 #include <linux/delay.h>
125 #include <linux/backing-dev.h>
126
127 #include <trace/events/block.h>
128
129 #include "elevator.h"
130 #include "blk.h"
131 #include "blk-mq.h"
132 #include "blk-mq-tag.h"
133 #include "blk-mq-sched.h"
134 #include "bfq-iosched.h"
135 #include "blk-wbt.h"
136
137 #define BFQ_BFQQ_FNS(name)                                              \
138 void bfq_mark_bfqq_##name(struct bfq_queue *bfqq)                       \
139 {                                                                       \
140         __set_bit(BFQQF_##name, &(bfqq)->flags);                        \
141 }                                                                       \
142 void bfq_clear_bfqq_##name(struct bfq_queue *bfqq)                      \
143 {                                                                       \
144         __clear_bit(BFQQF_##name, &(bfqq)->flags);              \
145 }                                                                       \
146 int bfq_bfqq_##name(const struct bfq_queue *bfqq)                       \
147 {                                                                       \
148         return test_bit(BFQQF_##name, &(bfqq)->flags);          \
149 }
150
151 BFQ_BFQQ_FNS(just_created);
152 BFQ_BFQQ_FNS(busy);
153 BFQ_BFQQ_FNS(wait_request);
154 BFQ_BFQQ_FNS(non_blocking_wait_rq);
155 BFQ_BFQQ_FNS(fifo_expire);
156 BFQ_BFQQ_FNS(has_short_ttime);
157 BFQ_BFQQ_FNS(sync);
158 BFQ_BFQQ_FNS(IO_bound);
159 BFQ_BFQQ_FNS(in_large_burst);
160 BFQ_BFQQ_FNS(coop);
161 BFQ_BFQQ_FNS(split_coop);
162 BFQ_BFQQ_FNS(softrt_update);
163 #undef BFQ_BFQQ_FNS                                             \
164
165 /* Expiration time of async (0) and sync (1) requests, in ns. */
166 static const u64 bfq_fifo_expire[2] = { NSEC_PER_SEC / 4, NSEC_PER_SEC / 8 };
167
168 /* Maximum backwards seek (magic number lifted from CFQ), in KiB. */
169 static const int bfq_back_max = 16 * 1024;
170
171 /* Penalty of a backwards seek, in number of sectors. */
172 static const int bfq_back_penalty = 2;
173
174 /* Idling period duration, in ns. */
175 static u64 bfq_slice_idle = NSEC_PER_SEC / 125;
176
177 /* Minimum number of assigned budgets for which stats are safe to compute. */
178 static const int bfq_stats_min_budgets = 194;
179
180 /* Default maximum budget values, in sectors and number of requests. */
181 static const int bfq_default_max_budget = 16 * 1024;
182
183 /*
184  * When a sync request is dispatched, the queue that contains that
185  * request, and all the ancestor entities of that queue, are charged
186  * with the number of sectors of the request. In contrast, if the
187  * request is async, then the queue and its ancestor entities are
188  * charged with the number of sectors of the request, multiplied by
189  * the factor below. This throttles the bandwidth for async I/O,
190  * w.r.t. to sync I/O, and it is done to counter the tendency of async
191  * writes to steal I/O throughput to reads.
192  *
193  * The current value of this parameter is the result of a tuning with
194  * several hardware and software configurations. We tried to find the
195  * lowest value for which writes do not cause noticeable problems to
196  * reads. In fact, the lower this parameter, the stabler I/O control,
197  * in the following respect.  The lower this parameter is, the less
198  * the bandwidth enjoyed by a group decreases
199  * - when the group does writes, w.r.t. to when it does reads;
200  * - when other groups do reads, w.r.t. to when they do writes.
201  */
202 static const int bfq_async_charge_factor = 3;
203
204 /* Default timeout values, in jiffies, approximating CFQ defaults. */
205 const int bfq_timeout = HZ / 8;
206
207 /*
208  * Time limit for merging (see comments in bfq_setup_cooperator). Set
209  * to the slowest value that, in our tests, proved to be effective in
210  * removing false positives, while not causing true positives to miss
211  * queue merging.
212  *
213  * As can be deduced from the low time limit below, queue merging, if
214  * successful, happens at the very beginning of the I/O of the involved
215  * cooperating processes, as a consequence of the arrival of the very
216  * first requests from each cooperator.  After that, there is very
217  * little chance to find cooperators.
218  */
219 static const unsigned long bfq_merge_time_limit = HZ/10;
220
221 static struct kmem_cache *bfq_pool;
222
223 /* Below this threshold (in ns), we consider thinktime immediate. */
224 #define BFQ_MIN_TT              (2 * NSEC_PER_MSEC)
225
226 /* hw_tag detection: parallel requests threshold and min samples needed. */
227 #define BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD  3
228 #define BFQ_HW_QUEUE_SAMPLES    32
229
230 #define BFQQ_SEEK_THR           (sector_t)(8 * 100)
231 #define BFQQ_SECT_THR_NONROT    (sector_t)(2 * 32)
232 #define BFQ_RQ_SEEKY(bfqd, last_pos, rq) \
233         (get_sdist(last_pos, rq) >                      \
234          BFQQ_SEEK_THR &&                               \
235          (!blk_queue_nonrot(bfqd->queue) ||             \
236           blk_rq_sectors(rq) < BFQQ_SECT_THR_NONROT))
237 #define BFQQ_CLOSE_THR          (sector_t)(8 * 1024)
238 #define BFQQ_SEEKY(bfqq)        (hweight32(bfqq->seek_history) > 19)
239 /*
240  * Sync random I/O is likely to be confused with soft real-time I/O,
241  * because it is characterized by limited throughput and apparently
242  * isochronous arrival pattern. To avoid false positives, queues
243  * containing only random (seeky) I/O are prevented from being tagged
244  * as soft real-time.
245  */
246 #define BFQQ_TOTALLY_SEEKY(bfqq)        (bfqq->seek_history == -1)
247
248 /* Min number of samples required to perform peak-rate update */
249 #define BFQ_RATE_MIN_SAMPLES    32
250 /* Min observation time interval required to perform a peak-rate update (ns) */
251 #define BFQ_RATE_MIN_INTERVAL   (300*NSEC_PER_MSEC)
252 /* Target observation time interval for a peak-rate update (ns) */
253 #define BFQ_RATE_REF_INTERVAL   NSEC_PER_SEC
254
255 /*
256  * Shift used for peak-rate fixed precision calculations.
257  * With
258  * - the current shift: 16 positions
259  * - the current type used to store rate: u32
260  * - the current unit of measure for rate: [sectors/usec], or, more precisely,
261  *   [(sectors/usec) / 2^BFQ_RATE_SHIFT] to take into account the shift,
262  * the range of rates that can be stored is
263  * [1 / 2^BFQ_RATE_SHIFT, 2^(32 - BFQ_RATE_SHIFT)] sectors/usec =
264  * [1 / 2^16, 2^16] sectors/usec = [15e-6, 65536] sectors/usec =
265  * [15, 65G] sectors/sec
266  * Which, assuming a sector size of 512B, corresponds to a range of
267  * [7.5K, 33T] B/sec
268  */
269 #define BFQ_RATE_SHIFT          16
270
271 /*
272  * When configured for computing the duration of the weight-raising
273  * for interactive queues automatically (see the comments at the
274  * beginning of this file), BFQ does it using the following formula:
275  * duration = (ref_rate / r) * ref_wr_duration,
276  * where r is the peak rate of the device, and ref_rate and
277  * ref_wr_duration are two reference parameters.  In particular,
278  * ref_rate is the peak rate of the reference storage device (see
279  * below), and ref_wr_duration is about the maximum time needed, with
280  * BFQ and while reading two files in parallel, to load typical large
281  * applications on the reference device (see the comments on
282  * max_service_from_wr below, for more details on how ref_wr_duration
283  * is obtained).  In practice, the slower/faster the device at hand
284  * is, the more/less it takes to load applications with respect to the
285  * reference device.  Accordingly, the longer/shorter BFQ grants
286  * weight raising to interactive applications.
287  *
288  * BFQ uses two different reference pairs (ref_rate, ref_wr_duration),
289  * depending on whether the device is rotational or non-rotational.
290  *
291  * In the following definitions, ref_rate[0] and ref_wr_duration[0]
292  * are the reference values for a rotational device, whereas
293  * ref_rate[1] and ref_wr_duration[1] are the reference values for a
294  * non-rotational device. The reference rates are not the actual peak
295  * rates of the devices used as a reference, but slightly lower
296  * values. The reason for using slightly lower values is that the
297  * peak-rate estimator tends to yield slightly lower values than the
298  * actual peak rate (it can yield the actual peak rate only if there
299  * is only one process doing I/O, and the process does sequential
300  * I/O).
301  *
302  * The reference peak rates are measured in sectors/usec, left-shifted
303  * by BFQ_RATE_SHIFT.
304  */
305 static int ref_rate[2] = {14000, 33000};
306 /*
307  * To improve readability, a conversion function is used to initialize
308  * the following array, which entails that the array can be
309  * initialized only in a function.
310  */
311 static int ref_wr_duration[2];
312
313 /*
314  * BFQ uses the above-detailed, time-based weight-raising mechanism to
315  * privilege interactive tasks. This mechanism is vulnerable to the
316  * following false positives: I/O-bound applications that will go on
317  * doing I/O for much longer than the duration of weight
318  * raising. These applications have basically no benefit from being
319  * weight-raised at the beginning of their I/O. On the opposite end,
320  * while being weight-raised, these applications
321  * a) unjustly steal throughput to applications that may actually need
322  * low latency;
323  * b) make BFQ uselessly perform device idling; device idling results
324  * in loss of device throughput with most flash-based storage, and may
325  * increase latencies when used purposelessly.
326  *
327  * BFQ tries to reduce these problems, by adopting the following
328  * countermeasure. To introduce this countermeasure, we need first to
329  * finish explaining how the duration of weight-raising for
330  * interactive tasks is computed.
331  *
332  * For a bfq_queue deemed as interactive, the duration of weight
333  * raising is dynamically adjusted, as a function of the estimated
334  * peak rate of the device, so as to be equal to the time needed to
335  * execute the 'largest' interactive task we benchmarked so far. By
336  * largest task, we mean the task for which each involved process has
337  * to do more I/O than for any of the other tasks we benchmarked. This
338  * reference interactive task is the start-up of LibreOffice Writer,
339  * and in this task each process/bfq_queue needs to have at most ~110K
340  * sectors transferred.
341  *
342  * This last piece of information enables BFQ to reduce the actual
343  * duration of weight-raising for at least one class of I/O-bound
344  * applications: those doing sequential or quasi-sequential I/O. An
345  * example is file copy. In fact, once started, the main I/O-bound
346  * processes of these applications usually consume the above 110K
347  * sectors in much less time than the processes of an application that
348  * is starting, because these I/O-bound processes will greedily devote
349  * almost all their CPU cycles only to their target,
350  * throughput-friendly I/O operations. This is even more true if BFQ
351  * happens to be underestimating the device peak rate, and thus
352  * overestimating the duration of weight raising. But, according to
353  * our measurements, once transferred 110K sectors, these processes
354  * have no right to be weight-raised any longer.
355  *
356  * Basing on the last consideration, BFQ ends weight-raising for a
357  * bfq_queue if the latter happens to have received an amount of
358  * service at least equal to the following constant. The constant is
359  * set to slightly more than 110K, to have a minimum safety margin.
360  *
361  * This early ending of weight-raising reduces the amount of time
362  * during which interactive false positives cause the two problems
363  * described at the beginning of these comments.
364  */
365 static const unsigned long max_service_from_wr = 120000;
366
367 /*
368  * Maximum time between the creation of two queues, for stable merge
369  * to be activated (in ms)
370  */
371 static const unsigned long bfq_activation_stable_merging = 600;
372 /*
373  * Minimum time to be waited before evaluating delayed stable merge (in ms)
374  */
375 static const unsigned long bfq_late_stable_merging = 600;
376
377 #define RQ_BIC(rq)              ((struct bfq_io_cq *)((rq)->elv.priv[0]))
378 #define RQ_BFQQ(rq)             ((rq)->elv.priv[1])
379
380 struct bfq_queue *bic_to_bfqq(struct bfq_io_cq *bic, bool is_sync,
381                               unsigned int actuator_idx)
382 {
383         if (is_sync)
384                 return bic->bfqq[1][actuator_idx];
385
386         return bic->bfqq[0][actuator_idx];
387 }
388
389 static void bfq_put_stable_ref(struct bfq_queue *bfqq);
390
391 void bic_set_bfqq(struct bfq_io_cq *bic,
392                   struct bfq_queue *bfqq,
393                   bool is_sync,
394                   unsigned int actuator_idx)
395 {
396         struct bfq_queue *old_bfqq = bic->bfqq[is_sync][actuator_idx];
397
398         /*
399          * If bfqq != NULL, then a non-stable queue merge between
400          * bic->bfqq and bfqq is happening here. This causes troubles
401          * in the following case: bic->bfqq has also been scheduled
402          * for a possible stable merge with bic->stable_merge_bfqq,
403          * and bic->stable_merge_bfqq == bfqq happens to
404          * hold. Troubles occur because bfqq may then undergo a split,
405          * thereby becoming eligible for a stable merge. Yet, if
406          * bic->stable_merge_bfqq points exactly to bfqq, then bfqq
407          * would be stably merged with itself. To avoid this anomaly,
408          * we cancel the stable merge if
409          * bic->stable_merge_bfqq == bfqq.
410          */
411         struct bfq_iocq_bfqq_data *bfqq_data = &bic->bfqq_data[actuator_idx];
412
413         /* Clear bic pointer if bfqq is detached from this bic */
414         if (old_bfqq && old_bfqq->bic == bic)
415                 old_bfqq->bic = NULL;
416
417         if (is_sync)
418                 bic->bfqq[1][actuator_idx] = bfqq;
419         else
420                 bic->bfqq[0][actuator_idx] = bfqq;
421
422         if (bfqq && bfqq_data->stable_merge_bfqq == bfqq) {
423                 /*
424                  * Actually, these same instructions are executed also
425                  * in bfq_setup_cooperator, in case of abort or actual
426                  * execution of a stable merge. We could avoid
427                  * repeating these instructions there too, but if we
428                  * did so, we would nest even more complexity in this
429                  * function.
430                  */
431                 bfq_put_stable_ref(bfqq_data->stable_merge_bfqq);
432
433                 bfqq_data->stable_merge_bfqq = NULL;
434         }
435 }
436
437 struct bfq_data *bic_to_bfqd(struct bfq_io_cq *bic)
438 {
439         return bic->icq.q->elevator->elevator_data;
440 }
441
442 /**
443  * icq_to_bic - convert iocontext queue structure to bfq_io_cq.
444  * @icq: the iocontext queue.
445  */
446 static struct bfq_io_cq *icq_to_bic(struct io_cq *icq)
447 {
448         /* bic->icq is the first member, %NULL will convert to %NULL */
449         return container_of(icq, struct bfq_io_cq, icq);
450 }
451
452 /**
453  * bfq_bic_lookup - search into @ioc a bic associated to @bfqd.
454  * @q: the request queue.
455  */
456 static struct bfq_io_cq *bfq_bic_lookup(struct request_queue *q)
457 {
458         struct bfq_io_cq *icq;
459         unsigned long flags;
460
461         if (!current->io_context)
462                 return NULL;
463
464         spin_lock_irqsave(&q->queue_lock, flags);
465         icq = icq_to_bic(ioc_lookup_icq(q));
466         spin_unlock_irqrestore(&q->queue_lock, flags);
467
468         return icq;
469 }
470
471 /*
472  * Scheduler run of queue, if there are requests pending and no one in the
473  * driver that will restart queueing.
474  */
475 void bfq_schedule_dispatch(struct bfq_data *bfqd)
476 {
477         lockdep_assert_held(&bfqd->lock);
478
479         if (bfqd->queued != 0) {
480                 bfq_log(bfqd, "schedule dispatch");
481                 blk_mq_run_hw_queues(bfqd->queue, true);
482         }
483 }
484
485 #define bfq_class_idle(bfqq)    ((bfqq)->ioprio_class == IOPRIO_CLASS_IDLE)
486
487 #define bfq_sample_valid(samples)       ((samples) > 80)
488
489 /*
490  * Lifted from AS - choose which of rq1 and rq2 that is best served now.
491  * We choose the request that is closer to the head right now.  Distance
492  * behind the head is penalized and only allowed to a certain extent.
493  */
494 static struct request *bfq_choose_req(struct bfq_data *bfqd,
495                                       struct request *rq1,
496                                       struct request *rq2,
497                                       sector_t last)
498 {
499         sector_t s1, s2, d1 = 0, d2 = 0;
500         unsigned long back_max;
501 #define BFQ_RQ1_WRAP    0x01 /* request 1 wraps */
502 #define BFQ_RQ2_WRAP    0x02 /* request 2 wraps */
503         unsigned int wrap = 0; /* bit mask: requests behind the disk head? */
504
505         if (!rq1 || rq1 == rq2)
506                 return rq2;
507         if (!rq2)
508                 return rq1;
509
510         if (rq_is_sync(rq1) && !rq_is_sync(rq2))
511                 return rq1;
512         else if (rq_is_sync(rq2) && !rq_is_sync(rq1))
513                 return rq2;
514         if ((rq1->cmd_flags & REQ_META) && !(rq2->cmd_flags & REQ_META))
515                 return rq1;
516         else if ((rq2->cmd_flags & REQ_META) && !(rq1->cmd_flags & REQ_META))
517                 return rq2;
518
519         s1 = blk_rq_pos(rq1);
520         s2 = blk_rq_pos(rq2);
521
522         /*
523          * By definition, 1KiB is 2 sectors.
524          */
525         back_max = bfqd->bfq_back_max * 2;
526
527         /*
528          * Strict one way elevator _except_ in the case where we allow
529          * short backward seeks which are biased as twice the cost of a
530          * similar forward seek.
531          */
532         if (s1 >= last)
533                 d1 = s1 - last;
534         else if (s1 + back_max >= last)
535                 d1 = (last - s1) * bfqd->bfq_back_penalty;
536         else
537                 wrap |= BFQ_RQ1_WRAP;
538
539         if (s2 >= last)
540                 d2 = s2 - last;
541         else if (s2 + back_max >= last)
542                 d2 = (last - s2) * bfqd->bfq_back_penalty;
543         else
544                 wrap |= BFQ_RQ2_WRAP;
545
546         /* Found required data */
547
548         /*
549          * By doing switch() on the bit mask "wrap" we avoid having to
550          * check two variables for all permutations: --> faster!
551          */
552         switch (wrap) {
553         case 0: /* common case for CFQ: rq1 and rq2 not wrapped */
554                 if (d1 < d2)
555                         return rq1;
556                 else if (d2 < d1)
557                         return rq2;
558
559                 if (s1 >= s2)
560                         return rq1;
561                 else
562                         return rq2;
563
564         case BFQ_RQ2_WRAP:
565                 return rq1;
566         case BFQ_RQ1_WRAP:
567                 return rq2;
568         case BFQ_RQ1_WRAP|BFQ_RQ2_WRAP: /* both rqs wrapped */
569         default:
570                 /*
571                  * Since both rqs are wrapped,
572                  * start with the one that's further behind head
573                  * (--> only *one* back seek required),
574                  * since back seek takes more time than forward.
575                  */
576                 if (s1 <= s2)
577                         return rq1;
578                 else
579                         return rq2;
580         }
581 }
582
583 #define BFQ_LIMIT_INLINE_DEPTH 16
584
585 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
586 static bool bfqq_request_over_limit(struct bfq_queue *bfqq, int limit)
587 {
588         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
589         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
590         struct bfq_entity *inline_entities[BFQ_LIMIT_INLINE_DEPTH];
591         struct bfq_entity **entities = inline_entities;
592         int depth, level, alloc_depth = BFQ_LIMIT_INLINE_DEPTH;
593         int class_idx = bfqq->ioprio_class - 1;
594         struct bfq_sched_data *sched_data;
595         unsigned long wsum;
596         bool ret = false;
597
598         if (!entity->on_st_or_in_serv)
599                 return false;
600
601 retry:
602         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
603         /* +1 for bfqq entity, root cgroup not included */
604         depth = bfqg_to_blkg(bfqq_group(bfqq))->blkcg->css.cgroup->level + 1;
605         if (depth > alloc_depth) {
606                 spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
607                 if (entities != inline_entities)
608                         kfree(entities);
609                 entities = kmalloc_array(depth, sizeof(*entities), GFP_NOIO);
610                 if (!entities)
611                         return false;
612                 alloc_depth = depth;
613                 goto retry;
614         }
615
616         sched_data = entity->sched_data;
617         /* Gather our ancestors as we need to traverse them in reverse order */
618         level = 0;
619         for_each_entity(entity) {
620                 /*
621                  * If at some level entity is not even active, allow request
622                  * queueing so that BFQ knows there's work to do and activate
623                  * entities.
624                  */
625                 if (!entity->on_st_or_in_serv)
626                         goto out;
627                 /* Uh, more parents than cgroup subsystem thinks? */
628                 if (WARN_ON_ONCE(level >= depth))
629                         break;
630                 entities[level++] = entity;
631         }
632         WARN_ON_ONCE(level != depth);
633         for (level--; level >= 0; level--) {
634                 entity = entities[level];
635                 if (level > 0) {
636                         wsum = bfq_entity_service_tree(entity)->wsum;
637                 } else {
638                         int i;
639                         /*
640                          * For bfqq itself we take into account service trees
641                          * of all higher priority classes and multiply their
642                          * weights so that low prio queue from higher class
643                          * gets more requests than high prio queue from lower
644                          * class.
645                          */
646                         wsum = 0;
647                         for (i = 0; i <= class_idx; i++) {
648                                 wsum = wsum * IOPRIO_BE_NR +
649                                         sched_data->service_tree[i].wsum;
650                         }
651                 }
652                 limit = DIV_ROUND_CLOSEST(limit * entity->weight, wsum);
653                 if (entity->allocated >= limit) {
654                         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq,
655                                 "too many requests: allocated %d limit %d level %d",
656                                 entity->allocated, limit, level);
657                         ret = true;
658                         break;
659                 }
660         }
661 out:
662         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
663         if (entities != inline_entities)
664                 kfree(entities);
665         return ret;
666 }
667 #else
668 static bool bfqq_request_over_limit(struct bfq_queue *bfqq, int limit)
669 {
670         return false;
671 }
672 #endif
673
674 /*
675  * Async I/O can easily starve sync I/O (both sync reads and sync
676  * writes), by consuming all tags. Similarly, storms of sync writes,
677  * such as those that sync(2) may trigger, can starve sync reads.
678  * Limit depths of async I/O and sync writes so as to counter both
679  * problems.
680  *
681  * Also if a bfq queue or its parent cgroup consume more tags than would be
682  * appropriate for their weight, we trim the available tag depth to 1. This
683  * avoids a situation where one cgroup can starve another cgroup from tags and
684  * thus block service differentiation among cgroups. Note that because the
685  * queue / cgroup already has many requests allocated and queued, this does not
686  * significantly affect service guarantees coming from the BFQ scheduling
687  * algorithm.
688  */
689 static void bfq_limit_depth(blk_opf_t opf, struct blk_mq_alloc_data *data)
690 {
691         struct bfq_data *bfqd = data->q->elevator->elevator_data;
692         struct bfq_io_cq *bic = bfq_bic_lookup(data->q);
693         int depth;
694         unsigned limit = data->q->nr_requests;
695         unsigned int act_idx;
696
697         /* Sync reads have full depth available */
698         if (op_is_sync(opf) && !op_is_write(opf)) {
699                 depth = 0;
700         } else {
701                 depth = bfqd->word_depths[!!bfqd->wr_busy_queues][op_is_sync(opf)];
702                 limit = (limit * depth) >> bfqd->full_depth_shift;
703         }
704
705         for (act_idx = 0; bic && act_idx < bfqd->num_actuators; act_idx++) {
706                 struct bfq_queue *bfqq =
707                         bic_to_bfqq(bic, op_is_sync(opf), act_idx);
708
709                 /*
710                  * Does queue (or any parent entity) exceed number of
711                  * requests that should be available to it? Heavily
712                  * limit depth so that it cannot consume more
713                  * available requests and thus starve other entities.
714                  */
715                 if (bfqq && bfqq_request_over_limit(bfqq, limit)) {
716                         depth = 1;
717                         break;
718                 }
719         }
720         bfq_log(bfqd, "[%s] wr_busy %d sync %d depth %u",
721                 __func__, bfqd->wr_busy_queues, op_is_sync(opf), depth);
722         if (depth)
723                 data->shallow_depth = depth;
724 }
725
726 static struct bfq_queue *
727 bfq_rq_pos_tree_lookup(struct bfq_data *bfqd, struct rb_root *root,
728                      sector_t sector, struct rb_node **ret_parent,
729                      struct rb_node ***rb_link)
730 {
731         struct rb_node **p, *parent;
732         struct bfq_queue *bfqq = NULL;
733
734         parent = NULL;
735         p = &root->rb_node;
736         while (*p) {
737                 struct rb_node **n;
738
739                 parent = *p;
740                 bfqq = rb_entry(parent, struct bfq_queue, pos_node);
741
742                 /*
743                  * Sort strictly based on sector. Smallest to the left,
744                  * largest to the right.
745                  */
746                 if (sector > blk_rq_pos(bfqq->next_rq))
747                         n = &(*p)->rb_right;
748                 else if (sector < blk_rq_pos(bfqq->next_rq))
749                         n = &(*p)->rb_left;
750                 else
751                         break;
752                 p = n;
753                 bfqq = NULL;
754         }
755
756         *ret_parent = parent;
757         if (rb_link)
758                 *rb_link = p;
759
760         bfq_log(bfqd, "rq_pos_tree_lookup %llu: returning %d",
761                 (unsigned long long)sector,
762                 bfqq ? bfqq->pid : 0);
763
764         return bfqq;
765 }
766
767 static bool bfq_too_late_for_merging(struct bfq_queue *bfqq)
768 {
769         return bfqq->service_from_backlogged > 0 &&
770                 time_is_before_jiffies(bfqq->first_IO_time +
771                                        bfq_merge_time_limit);
772 }
773
774 /*
775  * The following function is not marked as __cold because it is
776  * actually cold, but for the same performance goal described in the
777  * comments on the likely() at the beginning of
778  * bfq_setup_cooperator(). Unexpectedly, to reach an even lower
779  * execution time for the case where this function is not invoked, we
780  * had to add an unlikely() in each involved if().
781  */
782 void __cold
783 bfq_pos_tree_add_move(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
784 {
785         struct rb_node **p, *parent;
786         struct bfq_queue *__bfqq;
787
788         if (bfqq->pos_root) {
789                 rb_erase(&bfqq->pos_node, bfqq->pos_root);
790                 bfqq->pos_root = NULL;
791         }
792
793         /* oom_bfqq does not participate in queue merging */
794         if (bfqq == &bfqd->oom_bfqq)
795                 return;
796
797         /*
798          * bfqq cannot be merged any longer (see comments in
799          * bfq_setup_cooperator): no point in adding bfqq into the
800          * position tree.
801          */
802         if (bfq_too_late_for_merging(bfqq))
803                 return;
804
805         if (bfq_class_idle(bfqq))
806                 return;
807         if (!bfqq->next_rq)
808                 return;
809
810         bfqq->pos_root = &bfqq_group(bfqq)->rq_pos_tree;
811         __bfqq = bfq_rq_pos_tree_lookup(bfqd, bfqq->pos_root,
812                         blk_rq_pos(bfqq->next_rq), &parent, &p);
813         if (!__bfqq) {
814                 rb_link_node(&bfqq->pos_node, parent, p);
815                 rb_insert_color(&bfqq->pos_node, bfqq->pos_root);
816         } else
817                 bfqq->pos_root = NULL;
818 }
819
820 /*
821  * The following function returns false either if every active queue
822  * must receive the same share of the throughput (symmetric scenario),
823  * or, as a special case, if bfqq must receive a share of the
824  * throughput lower than or equal to the share that every other active
825  * queue must receive.  If bfqq does sync I/O, then these are the only
826  * two cases where bfqq happens to be guaranteed its share of the
827  * throughput even if I/O dispatching is not plugged when bfqq remains
828  * temporarily empty (for more details, see the comments in the
829  * function bfq_better_to_idle()). For this reason, the return value
830  * of this function is used to check whether I/O-dispatch plugging can
831  * be avoided.
832  *
833  * The above first case (symmetric scenario) occurs when:
834  * 1) all active queues have the same weight,
835  * 2) all active queues belong to the same I/O-priority class,
836  * 3) all active groups at the same level in the groups tree have the same
837  *    weight,
838  * 4) all active groups at the same level in the groups tree have the same
839  *    number of children.
840  *
841  * Unfortunately, keeping the necessary state for evaluating exactly
842  * the last two symmetry sub-conditions above would be quite complex
843  * and time consuming. Therefore this function evaluates, instead,
844  * only the following stronger three sub-conditions, for which it is
845  * much easier to maintain the needed state:
846  * 1) all active queues have the same weight,
847  * 2) all active queues belong to the same I/O-priority class,
848  * 3) there is at most one active group.
849  * In particular, the last condition is always true if hierarchical
850  * support or the cgroups interface are not enabled, thus no state
851  * needs to be maintained in this case.
852  */
853 static bool bfq_asymmetric_scenario(struct bfq_data *bfqd,
854                                    struct bfq_queue *bfqq)
855 {
856         bool smallest_weight = bfqq &&
857                 bfqq->weight_counter &&
858                 bfqq->weight_counter ==
859                 container_of(
860                         rb_first_cached(&bfqd->queue_weights_tree),
861                         struct bfq_weight_counter,
862                         weights_node);
863
864         /*
865          * For queue weights to differ, queue_weights_tree must contain
866          * at least two nodes.
867          */
868         bool varied_queue_weights = !smallest_weight &&
869                 !RB_EMPTY_ROOT(&bfqd->queue_weights_tree.rb_root) &&
870                 (bfqd->queue_weights_tree.rb_root.rb_node->rb_left ||
871                  bfqd->queue_weights_tree.rb_root.rb_node->rb_right);
872
873         bool multiple_classes_busy =
874                 (bfqd->busy_queues[0] && bfqd->busy_queues[1]) ||
875                 (bfqd->busy_queues[0] && bfqd->busy_queues[2]) ||
876                 (bfqd->busy_queues[1] && bfqd->busy_queues[2]);
877
878         return varied_queue_weights || multiple_classes_busy
879 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
880                || bfqd->num_groups_with_pending_reqs > 1
881 #endif
882                 ;
883 }
884
885 /*
886  * If the weight-counter tree passed as input contains no counter for
887  * the weight of the input queue, then add that counter; otherwise just
888  * increment the existing counter.
889  *
890  * Note that weight-counter trees contain few nodes in mostly symmetric
891  * scenarios. For example, if all queues have the same weight, then the
892  * weight-counter tree for the queues may contain at most one node.
893  * This holds even if low_latency is on, because weight-raised queues
894  * are not inserted in the tree.
895  * In most scenarios, the rate at which nodes are created/destroyed
896  * should be low too.
897  */
898 void bfq_weights_tree_add(struct bfq_queue *bfqq)
899 {
900         struct rb_root_cached *root = &bfqq->bfqd->queue_weights_tree;
901         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
902         struct rb_node **new = &(root->rb_root.rb_node), *parent = NULL;
903         bool leftmost = true;
904
905         /*
906          * Do not insert if the queue is already associated with a
907          * counter, which happens if:
908          *   1) a request arrival has caused the queue to become both
909          *      non-weight-raised, and hence change its weight, and
910          *      backlogged; in this respect, each of the two events
911          *      causes an invocation of this function,
912          *   2) this is the invocation of this function caused by the
913          *      second event. This second invocation is actually useless,
914          *      and we handle this fact by exiting immediately. More
915          *      efficient or clearer solutions might possibly be adopted.
916          */
917         if (bfqq->weight_counter)
918                 return;
919
920         while (*new) {
921                 struct bfq_weight_counter *__counter = container_of(*new,
922                                                 struct bfq_weight_counter,
923                                                 weights_node);
924                 parent = *new;
925
926                 if (entity->weight == __counter->weight) {
927                         bfqq->weight_counter = __counter;
928                         goto inc_counter;
929                 }
930                 if (entity->weight < __counter->weight)
931                         new = &((*new)->rb_left);
932                 else {
933                         new = &((*new)->rb_right);
934                         leftmost = false;
935                 }
936         }
937
938         bfqq->weight_counter = kzalloc(sizeof(struct bfq_weight_counter),
939                                        GFP_ATOMIC);
940
941         /*
942          * In the unlucky event of an allocation failure, we just
943          * exit. This will cause the weight of queue to not be
944          * considered in bfq_asymmetric_scenario, which, in its turn,
945          * causes the scenario to be deemed wrongly symmetric in case
946          * bfqq's weight would have been the only weight making the
947          * scenario asymmetric.  On the bright side, no unbalance will
948          * however occur when bfqq becomes inactive again (the
949          * invocation of this function is triggered by an activation
950          * of queue).  In fact, bfq_weights_tree_remove does nothing
951          * if !bfqq->weight_counter.
952          */
953         if (unlikely(!bfqq->weight_counter))
954                 return;
955
956         bfqq->weight_counter->weight = entity->weight;
957         rb_link_node(&bfqq->weight_counter->weights_node, parent, new);
958         rb_insert_color_cached(&bfqq->weight_counter->weights_node, root,
959                                 leftmost);
960
961 inc_counter:
962         bfqq->weight_counter->num_active++;
963         bfqq->ref++;
964 }
965
966 /*
967  * Decrement the weight counter associated with the queue, and, if the
968  * counter reaches 0, remove the counter from the tree.
969  * See the comments to the function bfq_weights_tree_add() for considerations
970  * about overhead.
971  */
972 void bfq_weights_tree_remove(struct bfq_queue *bfqq)
973 {
974         struct rb_root_cached *root;
975
976         if (!bfqq->weight_counter)
977                 return;
978
979         root = &bfqq->bfqd->queue_weights_tree;
980         bfqq->weight_counter->num_active--;
981         if (bfqq->weight_counter->num_active > 0)
982                 goto reset_entity_pointer;
983
984         rb_erase_cached(&bfqq->weight_counter->weights_node, root);
985         kfree(bfqq->weight_counter);
986
987 reset_entity_pointer:
988         bfqq->weight_counter = NULL;
989         bfq_put_queue(bfqq);
990 }
991
992 /*
993  * Return expired entry, or NULL to just start from scratch in rbtree.
994  */
995 static struct request *bfq_check_fifo(struct bfq_queue *bfqq,
996                                       struct request *last)
997 {
998         struct request *rq;
999
1000         if (bfq_bfqq_fifo_expire(bfqq))
1001                 return NULL;
1002
1003         bfq_mark_bfqq_fifo_expire(bfqq);
1004
1005         rq = rq_entry_fifo(bfqq->fifo.next);
1006
1007         if (rq == last || ktime_get_ns() < rq->fifo_time)
1008                 return NULL;
1009
1010         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "check_fifo: returned %p", rq);
1011         return rq;
1012 }
1013
1014 static struct request *bfq_find_next_rq(struct bfq_data *bfqd,
1015                                         struct bfq_queue *bfqq,
1016                                         struct request *last)
1017 {
1018         struct rb_node *rbnext = rb_next(&last->rb_node);
1019         struct rb_node *rbprev = rb_prev(&last->rb_node);
1020         struct request *next, *prev = NULL;
1021
1022         /* Follow expired path, else get first next available. */
1023         next = bfq_check_fifo(bfqq, last);
1024         if (next)
1025                 return next;
1026
1027         if (rbprev)
1028                 prev = rb_entry_rq(rbprev);
1029
1030         if (rbnext)
1031                 next = rb_entry_rq(rbnext);
1032         else {
1033                 rbnext = rb_first(&bfqq->sort_list);
1034                 if (rbnext && rbnext != &last->rb_node)
1035                         next = rb_entry_rq(rbnext);
1036         }
1037
1038         return bfq_choose_req(bfqd, next, prev, blk_rq_pos(last));
1039 }
1040
1041 /* see the definition of bfq_async_charge_factor for details */
1042 static unsigned long bfq_serv_to_charge(struct request *rq,
1043                                         struct bfq_queue *bfqq)
1044 {
1045         if (bfq_bfqq_sync(bfqq) || bfqq->wr_coeff > 1 ||
1046             bfq_asymmetric_scenario(bfqq->bfqd, bfqq))
1047                 return blk_rq_sectors(rq);
1048
1049         return blk_rq_sectors(rq) * bfq_async_charge_factor;
1050 }
1051
1052 /**
1053  * bfq_updated_next_req - update the queue after a new next_rq selection.
1054  * @bfqd: the device data the queue belongs to.
1055  * @bfqq: the queue to update.
1056  *
1057  * If the first request of a queue changes we make sure that the queue
1058  * has enough budget to serve at least its first request (if the
1059  * request has grown).  We do this because if the queue has not enough
1060  * budget for its first request, it has to go through two dispatch
1061  * rounds to actually get it dispatched.
1062  */
1063 static void bfq_updated_next_req(struct bfq_data *bfqd,
1064                                  struct bfq_queue *bfqq)
1065 {
1066         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
1067         struct request *next_rq = bfqq->next_rq;
1068         unsigned long new_budget;
1069
1070         if (!next_rq)
1071                 return;
1072
1073         if (bfqq == bfqd->in_service_queue)
1074                 /*
1075                  * In order not to break guarantees, budgets cannot be
1076                  * changed after an entity has been selected.
1077                  */
1078                 return;
1079
1080         new_budget = max_t(unsigned long,
1081                            max_t(unsigned long, bfqq->max_budget,
1082                                  bfq_serv_to_charge(next_rq, bfqq)),
1083                            entity->service);
1084         if (entity->budget != new_budget) {
1085                 entity->budget = new_budget;
1086                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "updated next rq: new budget %lu",
1087                                          new_budget);
1088                 bfq_requeue_bfqq(bfqd, bfqq, false);
1089         }
1090 }
1091
1092 static unsigned int bfq_wr_duration(struct bfq_data *bfqd)
1093 {
1094         u64 dur;
1095
1096         dur = bfqd->rate_dur_prod;
1097         do_div(dur, bfqd->peak_rate);
1098
1099         /*
1100          * Limit duration between 3 and 25 seconds. The upper limit
1101          * has been conservatively set after the following worst case:
1102          * on a QEMU/KVM virtual machine
1103          * - running in a slow PC
1104          * - with a virtual disk stacked on a slow low-end 5400rpm HDD
1105          * - serving a heavy I/O workload, such as the sequential reading
1106          *   of several files
1107          * mplayer took 23 seconds to start, if constantly weight-raised.
1108          *
1109          * As for higher values than that accommodating the above bad
1110          * scenario, tests show that higher values would often yield
1111          * the opposite of the desired result, i.e., would worsen
1112          * responsiveness by allowing non-interactive applications to
1113          * preserve weight raising for too long.
1114          *
1115          * On the other end, lower values than 3 seconds make it
1116          * difficult for most interactive tasks to complete their jobs
1117          * before weight-raising finishes.
1118          */
1119         return clamp_val(dur, msecs_to_jiffies(3000), msecs_to_jiffies(25000));
1120 }
1121
1122 /* switch back from soft real-time to interactive weight raising */
1123 static void switch_back_to_interactive_wr(struct bfq_queue *bfqq,
1124                                           struct bfq_data *bfqd)
1125 {
1126         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
1127         bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
1128         bfqq->last_wr_start_finish = bfqq->wr_start_at_switch_to_srt;
1129 }
1130
1131 static void
1132 bfq_bfqq_resume_state(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_data *bfqd,
1133                       struct bfq_io_cq *bic, bool bfq_already_existing)
1134 {
1135         unsigned int old_wr_coeff = 1;
1136         bool busy = bfq_already_existing && bfq_bfqq_busy(bfqq);
1137         unsigned int a_idx = bfqq->actuator_idx;
1138         struct bfq_iocq_bfqq_data *bfqq_data = &bic->bfqq_data[a_idx];
1139
1140         if (bfqq_data->saved_has_short_ttime)
1141                 bfq_mark_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
1142         else
1143                 bfq_clear_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
1144
1145         if (bfqq_data->saved_IO_bound)
1146                 bfq_mark_bfqq_IO_bound(bfqq);
1147         else
1148                 bfq_clear_bfqq_IO_bound(bfqq);
1149
1150         bfqq->last_serv_time_ns = bfqq_data->saved_last_serv_time_ns;
1151         bfqq->inject_limit = bfqq_data->saved_inject_limit;
1152         bfqq->decrease_time_jif = bfqq_data->saved_decrease_time_jif;
1153
1154         bfqq->entity.new_weight = bfqq_data->saved_weight;
1155         bfqq->ttime = bfqq_data->saved_ttime;
1156         bfqq->io_start_time = bfqq_data->saved_io_start_time;
1157         bfqq->tot_idle_time = bfqq_data->saved_tot_idle_time;
1158         /*
1159          * Restore weight coefficient only if low_latency is on
1160          */
1161         if (bfqd->low_latency) {
1162                 old_wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
1163                 bfqq->wr_coeff = bfqq_data->saved_wr_coeff;
1164         }
1165         bfqq->service_from_wr = bfqq_data->saved_service_from_wr;
1166         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt =
1167                 bfqq_data->saved_wr_start_at_switch_to_srt;
1168         bfqq->last_wr_start_finish = bfqq_data->saved_last_wr_start_finish;
1169         bfqq->wr_cur_max_time = bfqq_data->saved_wr_cur_max_time;
1170
1171         if (bfqq->wr_coeff > 1 && (bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq) ||
1172             time_is_before_jiffies(bfqq->last_wr_start_finish +
1173                                    bfqq->wr_cur_max_time))) {
1174                 if (bfqq->wr_cur_max_time == bfqd->bfq_wr_rt_max_time &&
1175                     !bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq) &&
1176                     time_is_after_eq_jiffies(bfqq->wr_start_at_switch_to_srt +
1177                                              bfq_wr_duration(bfqd))) {
1178                         switch_back_to_interactive_wr(bfqq, bfqd);
1179                 } else {
1180                         bfqq->wr_coeff = 1;
1181                         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq,
1182                                      "resume state: switching off wr");
1183                 }
1184         }
1185
1186         /* make sure weight will be updated, however we got here */
1187         bfqq->entity.prio_changed = 1;
1188
1189         if (likely(!busy))
1190                 return;
1191
1192         if (old_wr_coeff == 1 && bfqq->wr_coeff > 1)
1193                 bfqd->wr_busy_queues++;
1194         else if (old_wr_coeff > 1 && bfqq->wr_coeff == 1)
1195                 bfqd->wr_busy_queues--;
1196 }
1197
1198 static int bfqq_process_refs(struct bfq_queue *bfqq)
1199 {
1200         return bfqq->ref - bfqq->entity.allocated -
1201                 bfqq->entity.on_st_or_in_serv -
1202                 (bfqq->weight_counter != NULL) - bfqq->stable_ref;
1203 }
1204
1205 /* Empty burst list and add just bfqq (see comments on bfq_handle_burst) */
1206 static void bfq_reset_burst_list(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
1207 {
1208         struct bfq_queue *item;
1209         struct hlist_node *n;
1210
1211         hlist_for_each_entry_safe(item, n, &bfqd->burst_list, burst_list_node)
1212                 hlist_del_init(&item->burst_list_node);
1213
1214         /*
1215          * Start the creation of a new burst list only if there is no
1216          * active queue. See comments on the conditional invocation of
1217          * bfq_handle_burst().
1218          */
1219         if (bfq_tot_busy_queues(bfqd) == 0) {
1220                 hlist_add_head(&bfqq->burst_list_node, &bfqd->burst_list);
1221                 bfqd->burst_size = 1;
1222         } else
1223                 bfqd->burst_size = 0;
1224
1225         bfqd->burst_parent_entity = bfqq->entity.parent;
1226 }
1227
1228 /* Add bfqq to the list of queues in current burst (see bfq_handle_burst) */
1229 static void bfq_add_to_burst(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
1230 {
1231         /* Increment burst size to take into account also bfqq */
1232         bfqd->burst_size++;
1233
1234         if (bfqd->burst_size == bfqd->bfq_large_burst_thresh) {
1235                 struct bfq_queue *pos, *bfqq_item;
1236                 struct hlist_node *n;
1237
1238                 /*
1239                  * Enough queues have been activated shortly after each
1240                  * other to consider this burst as large.
1241                  */
1242                 bfqd->large_burst = true;
1243
1244                 /*
1245                  * We can now mark all queues in the burst list as
1246                  * belonging to a large burst.
1247                  */
1248                 hlist_for_each_entry(bfqq_item, &bfqd->burst_list,
1249                                      burst_list_node)
1250                         bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq_item);
1251                 bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq);
1252
1253                 /*
1254                  * From now on, and until the current burst finishes, any
1255                  * new queue being activated shortly after the last queue
1256                  * was inserted in the burst can be immediately marked as
1257                  * belonging to a large burst. So the burst list is not
1258                  * needed any more. Remove it.
1259                  */
1260                 hlist_for_each_entry_safe(pos, n, &bfqd->burst_list,
1261                                           burst_list_node)
1262                         hlist_del_init(&pos->burst_list_node);
1263         } else /*
1264                 * Burst not yet large: add bfqq to the burst list. Do
1265                 * not increment the ref counter for bfqq, because bfqq
1266                 * is removed from the burst list before freeing bfqq
1267                 * in put_queue.
1268                 */
1269                 hlist_add_head(&bfqq->burst_list_node, &bfqd->burst_list);
1270 }
1271
1272 /*
1273  * If many queues belonging to the same group happen to be created
1274  * shortly after each other, then the processes associated with these
1275  * queues have typically a common goal. In particular, bursts of queue
1276  * creations are usually caused by services or applications that spawn
1277  * many parallel threads/processes. Examples are systemd during boot,
1278  * or git grep. To help these processes get their job done as soon as
1279  * possible, it is usually better to not grant either weight-raising
1280  * or device idling to their queues, unless these queues must be
1281  * protected from the I/O flowing through other active queues.
1282  *
1283  * In this comment we describe, firstly, the reasons why this fact
1284  * holds, and, secondly, the next function, which implements the main
1285  * steps needed to properly mark these queues so that they can then be
1286  * treated in a different way.
1287  *
1288  * The above services or applications benefit mostly from a high
1289  * throughput: the quicker the requests of the activated queues are
1290  * cumulatively served, the sooner the target job of these queues gets
1291  * completed. As a consequence, weight-raising any of these queues,
1292  * which also implies idling the device for it, is almost always
1293  * counterproductive, unless there are other active queues to isolate
1294  * these new queues from. If there no other active queues, then
1295  * weight-raising these new queues just lowers throughput in most
1296  * cases.
1297  *
1298  * On the other hand, a burst of queue creations may be caused also by
1299  * the start of an application that does not consist of a lot of
1300  * parallel I/O-bound threads. In fact, with a complex application,
1301  * several short processes may need to be executed to start-up the
1302  * application. In this respect, to start an application as quickly as
1303  * possible, the best thing to do is in any case to privilege the I/O
1304  * related to the application with respect to all other
1305  * I/O. Therefore, the best strategy to start as quickly as possible
1306  * an application that causes a burst of queue creations is to
1307  * weight-raise all the queues created during the burst. This is the
1308  * exact opposite of the best strategy for the other type of bursts.
1309  *
1310  * In the end, to take the best action for each of the two cases, the
1311  * two types of bursts need to be distinguished. Fortunately, this
1312  * seems relatively easy, by looking at the sizes of the bursts. In
1313  * particular, we found a threshold such that only bursts with a
1314  * larger size than that threshold are apparently caused by
1315  * services or commands such as systemd or git grep. For brevity,
1316  * hereafter we call just 'large' these bursts. BFQ *does not*
1317  * weight-raise queues whose creation occurs in a large burst. In
1318  * addition, for each of these queues BFQ performs or does not perform
1319  * idling depending on which choice boosts the throughput more. The
1320  * exact choice depends on the device and request pattern at
1321  * hand.
1322  *
1323  * Unfortunately, false positives may occur while an interactive task
1324  * is starting (e.g., an application is being started). The
1325  * consequence is that the queues associated with the task do not
1326  * enjoy weight raising as expected. Fortunately these false positives
1327  * are very rare. They typically occur if some service happens to
1328  * start doing I/O exactly when the interactive task starts.
1329  *
1330  * Turning back to the next function, it is invoked only if there are
1331  * no active queues (apart from active queues that would belong to the
1332  * same, possible burst bfqq would belong to), and it implements all
1333  * the steps needed to detect the occurrence of a large burst and to
1334  * properly mark all the queues belonging to it (so that they can then
1335  * be treated in a different way). This goal is achieved by
1336  * maintaining a "burst list" that holds, temporarily, the queues that
1337  * belong to the burst in progress. The list is then used to mark
1338  * these queues as belonging to a large burst if the burst does become
1339  * large. The main steps are the following.
1340  *
1341  * . when the very first queue is created, the queue is inserted into the
1342  *   list (as it could be the first queue in a possible burst)
1343  *
1344  * . if the current burst has not yet become large, and a queue Q that does
1345  *   not yet belong to the burst is activated shortly after the last time
1346  *   at which a new queue entered the burst list, then the function appends
1347  *   Q to the burst list
1348  *
1349  * . if, as a consequence of the previous step, the burst size reaches
1350  *   the large-burst threshold, then
1351  *
1352  *     . all the queues in the burst list are marked as belonging to a
1353  *       large burst
1354  *
1355  *     . the burst list is deleted; in fact, the burst list already served
1356  *       its purpose (keeping temporarily track of the queues in a burst,
1357  *       so as to be able to mark them as belonging to a large burst in the
1358  *       previous sub-step), and now is not needed any more
1359  *
1360  *     . the device enters a large-burst mode
1361  *
1362  * . if a queue Q that does not belong to the burst is created while
1363  *   the device is in large-burst mode and shortly after the last time
1364  *   at which a queue either entered the burst list or was marked as
1365  *   belonging to the current large burst, then Q is immediately marked
1366  *   as belonging to a large burst.
1367  *
1368  * . if a queue Q that does not belong to the burst is created a while
1369  *   later, i.e., not shortly after, than the last time at which a queue
1370  *   either entered the burst list or was marked as belonging to the
1371  *   current large burst, then the current burst is deemed as finished and:
1372  *
1373  *        . the large-burst mode is reset if set
1374  *
1375  *        . the burst list is emptied
1376  *
1377  *        . Q is inserted in the burst list, as Q may be the first queue
1378  *          in a possible new burst (then the burst list contains just Q
1379  *          after this step).
1380  */
1381 static void bfq_handle_burst(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
1382 {
1383         /*
1384          * If bfqq is already in the burst list or is part of a large
1385          * burst, or finally has just been split, then there is
1386          * nothing else to do.
1387          */
1388         if (!hlist_unhashed(&bfqq->burst_list_node) ||
1389             bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq) ||
1390             time_is_after_eq_jiffies(bfqq->split_time +
1391                                      msecs_to_jiffies(10)))
1392                 return;
1393
1394         /*
1395          * If bfqq's creation happens late enough, or bfqq belongs to
1396          * a different group than the burst group, then the current
1397          * burst is finished, and related data structures must be
1398          * reset.
1399          *
1400          * In this respect, consider the special case where bfqq is
1401          * the very first queue created after BFQ is selected for this
1402          * device. In this case, last_ins_in_burst and
1403          * burst_parent_entity are not yet significant when we get
1404          * here. But it is easy to verify that, whether or not the
1405          * following condition is true, bfqq will end up being
1406          * inserted into the burst list. In particular the list will
1407          * happen to contain only bfqq. And this is exactly what has
1408          * to happen, as bfqq may be the first queue of the first
1409          * burst.
1410          */
1411         if (time_is_before_jiffies(bfqd->last_ins_in_burst +
1412             bfqd->bfq_burst_interval) ||
1413             bfqq->entity.parent != bfqd->burst_parent_entity) {
1414                 bfqd->large_burst = false;
1415                 bfq_reset_burst_list(bfqd, bfqq);
1416                 goto end;
1417         }
1418
1419         /*
1420          * If we get here, then bfqq is being activated shortly after the
1421          * last queue. So, if the current burst is also large, we can mark
1422          * bfqq as belonging to this large burst immediately.
1423          */
1424         if (bfqd->large_burst) {
1425                 bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq);
1426                 goto end;
1427         }
1428
1429         /*
1430          * If we get here, then a large-burst state has not yet been
1431          * reached, but bfqq is being activated shortly after the last
1432          * queue. Then we add bfqq to the burst.
1433          */
1434         bfq_add_to_burst(bfqd, bfqq);
1435 end:
1436         /*
1437          * At this point, bfqq either has been added to the current
1438          * burst or has caused the current burst to terminate and a
1439          * possible new burst to start. In particular, in the second
1440          * case, bfqq has become the first queue in the possible new
1441          * burst.  In both cases last_ins_in_burst needs to be moved
1442          * forward.
1443          */
1444         bfqd->last_ins_in_burst = jiffies;
1445 }
1446
1447 static int bfq_bfqq_budget_left(struct bfq_queue *bfqq)
1448 {
1449         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
1450
1451         return entity->budget - entity->service;
1452 }
1453
1454 /*
1455  * If enough samples have been computed, return the current max budget
1456  * stored in bfqd, which is dynamically updated according to the
1457  * estimated disk peak rate; otherwise return the default max budget
1458  */
1459 static int bfq_max_budget(struct bfq_data *bfqd)
1460 {
1461         if (bfqd->budgets_assigned < bfq_stats_min_budgets)
1462                 return bfq_default_max_budget;
1463         else
1464                 return bfqd->bfq_max_budget;
1465 }
1466
1467 /*
1468  * Return min budget, which is a fraction of the current or default
1469  * max budget (trying with 1/32)
1470  */
1471 static int bfq_min_budget(struct bfq_data *bfqd)
1472 {
1473         if (bfqd->budgets_assigned < bfq_stats_min_budgets)
1474                 return bfq_default_max_budget / 32;
1475         else
1476                 return bfqd->bfq_max_budget / 32;
1477 }
1478
1479 /*
1480  * The next function, invoked after the input queue bfqq switches from
1481  * idle to busy, updates the budget of bfqq. The function also tells
1482  * whether the in-service queue should be expired, by returning
1483  * true. The purpose of expiring the in-service queue is to give bfqq
1484  * the chance to possibly preempt the in-service queue, and the reason
1485  * for preempting the in-service queue is to achieve one of the two
1486  * goals below.
1487  *
1488  * 1. Guarantee to bfqq its reserved bandwidth even if bfqq has
1489  * expired because it has remained idle. In particular, bfqq may have
1490  * expired for one of the following two reasons:
1491  *
1492  * - BFQQE_NO_MORE_REQUESTS bfqq did not enjoy any device idling
1493  *   and did not make it to issue a new request before its last
1494  *   request was served;
1495  *
1496  * - BFQQE_TOO_IDLE bfqq did enjoy device idling, but did not issue
1497  *   a new request before the expiration of the idling-time.
1498  *
1499  * Even if bfqq has expired for one of the above reasons, the process
1500  * associated with the queue may be however issuing requests greedily,
1501  * and thus be sensitive to the bandwidth it receives (bfqq may have
1502  * remained idle for other reasons: CPU high load, bfqq not enjoying
1503  * idling, I/O throttling somewhere in the path from the process to
1504  * the I/O scheduler, ...). But if, after every expiration for one of
1505  * the above two reasons, bfqq has to wait for the service of at least
1506  * one full budget of another queue before being served again, then
1507  * bfqq is likely to get a much lower bandwidth or resource time than
1508  * its reserved ones. To address this issue, two countermeasures need
1509  * to be taken.
1510  *
1511  * First, the budget and the timestamps of bfqq need to be updated in
1512  * a special way on bfqq reactivation: they need to be updated as if
1513  * bfqq did not remain idle and did not expire. In fact, if they are
1514  * computed as if bfqq expired and remained idle until reactivation,
1515  * then the process associated with bfqq is treated as if, instead of
1516  * being greedy, it stopped issuing requests when bfqq remained idle,
1517  * and restarts issuing requests only on this reactivation. In other
1518  * words, the scheduler does not help the process recover the "service
1519  * hole" between bfqq expiration and reactivation. As a consequence,
1520  * the process receives a lower bandwidth than its reserved one. In
1521  * contrast, to recover this hole, the budget must be updated as if
1522  * bfqq was not expired at all before this reactivation, i.e., it must
1523  * be set to the value of the remaining budget when bfqq was
1524  * expired. Along the same line, timestamps need to be assigned the
1525  * value they had the last time bfqq was selected for service, i.e.,
1526  * before last expiration. Thus timestamps need to be back-shifted
1527  * with respect to their normal computation (see [1] for more details
1528  * on this tricky aspect).
1529  *
1530  * Secondly, to allow the process to recover the hole, the in-service
1531  * queue must be expired too, to give bfqq the chance to preempt it
1532  * immediately. In fact, if bfqq has to wait for a full budget of the
1533  * in-service queue to be completed, then it may become impossible to
1534  * let the process recover the hole, even if the back-shifted
1535  * timestamps of bfqq are lower than those of the in-service queue. If
1536  * this happens for most or all of the holes, then the process may not
1537  * receive its reserved bandwidth. In this respect, it is worth noting
1538  * that, being the service of outstanding requests unpreemptible, a
1539  * little fraction of the holes may however be unrecoverable, thereby
1540  * causing a little loss of bandwidth.
1541  *
1542  * The last important point is detecting whether bfqq does need this
1543  * bandwidth recovery. In this respect, the next function deems the
1544  * process associated with bfqq greedy, and thus allows it to recover
1545  * the hole, if: 1) the process is waiting for the arrival of a new
1546  * request (which implies that bfqq expired for one of the above two
1547  * reasons), and 2) such a request has arrived soon. The first
1548  * condition is controlled through the flag non_blocking_wait_rq,
1549  * while the second through the flag arrived_in_time. If both
1550  * conditions hold, then the function computes the budget in the
1551  * above-described special way, and signals that the in-service queue
1552  * should be expired. Timestamp back-shifting is done later in
1553  * __bfq_activate_entity.
1554  *
1555  * 2. Reduce latency. Even if timestamps are not backshifted to let
1556  * the process associated with bfqq recover a service hole, bfqq may
1557  * however happen to have, after being (re)activated, a lower finish
1558  * timestamp than the in-service queue.  That is, the next budget of
1559  * bfqq may have to be completed before the one of the in-service
1560  * queue. If this is the case, then preempting the in-service queue
1561  * allows this goal to be achieved, apart from the unpreemptible,
1562  * outstanding requests mentioned above.
1563  *
1564  * Unfortunately, regardless of which of the above two goals one wants
1565  * to achieve, service trees need first to be updated to know whether
1566  * the in-service queue must be preempted. To have service trees
1567  * correctly updated, the in-service queue must be expired and
1568  * rescheduled, and bfqq must be scheduled too. This is one of the
1569  * most costly operations (in future versions, the scheduling
1570  * mechanism may be re-designed in such a way to make it possible to
1571  * know whether preemption is needed without needing to update service
1572  * trees). In addition, queue preemptions almost always cause random
1573  * I/O, which may in turn cause loss of throughput. Finally, there may
1574  * even be no in-service queue when the next function is invoked (so,
1575  * no queue to compare timestamps with). Because of these facts, the
1576  * next function adopts the following simple scheme to avoid costly
1577  * operations, too frequent preemptions and too many dependencies on
1578  * the state of the scheduler: it requests the expiration of the
1579  * in-service queue (unconditionally) only for queues that need to
1580  * recover a hole. Then it delegates to other parts of the code the
1581  * responsibility of handling the above case 2.
1582  */
1583 static bool bfq_bfqq_update_budg_for_activation(struct bfq_data *bfqd,
1584                                                 struct bfq_queue *bfqq,
1585                                                 bool arrived_in_time)
1586 {
1587         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
1588
1589         /*
1590          * In the next compound condition, we check also whether there
1591          * is some budget left, because otherwise there is no point in
1592          * trying to go on serving bfqq with this same budget: bfqq
1593          * would be expired immediately after being selected for
1594          * service. This would only cause useless overhead.
1595          */
1596         if (bfq_bfqq_non_blocking_wait_rq(bfqq) && arrived_in_time &&
1597             bfq_bfqq_budget_left(bfqq) > 0) {
1598                 /*
1599                  * We do not clear the flag non_blocking_wait_rq here, as
1600                  * the latter is used in bfq_activate_bfqq to signal
1601                  * that timestamps need to be back-shifted (and is
1602                  * cleared right after).
1603                  */
1604
1605                 /*
1606                  * In next assignment we rely on that either
1607                  * entity->service or entity->budget are not updated
1608                  * on expiration if bfqq is empty (see
1609                  * __bfq_bfqq_recalc_budget). Thus both quantities
1610                  * remain unchanged after such an expiration, and the
1611                  * following statement therefore assigns to
1612                  * entity->budget the remaining budget on such an
1613                  * expiration.
1614                  */
1615                 entity->budget = min_t(unsigned long,
1616                                        bfq_bfqq_budget_left(bfqq),
1617                                        bfqq->max_budget);
1618
1619                 /*
1620                  * At this point, we have used entity->service to get
1621                  * the budget left (needed for updating
1622                  * entity->budget). Thus we finally can, and have to,
1623                  * reset entity->service. The latter must be reset
1624                  * because bfqq would otherwise be charged again for
1625                  * the service it has received during its previous
1626                  * service slot(s).
1627                  */
1628                 entity->service = 0;
1629
1630                 return true;
1631         }
1632
1633         /*
1634          * We can finally complete expiration, by setting service to 0.
1635          */
1636         entity->service = 0;
1637         entity->budget = max_t(unsigned long, bfqq->max_budget,
1638                                bfq_serv_to_charge(bfqq->next_rq, bfqq));
1639         bfq_clear_bfqq_non_blocking_wait_rq(bfqq);
1640         return false;
1641 }
1642
1643 /*
1644  * Return the farthest past time instant according to jiffies
1645  * macros.
1646  */
1647 static unsigned long bfq_smallest_from_now(void)
1648 {
1649         return jiffies - MAX_JIFFY_OFFSET;
1650 }
1651
1652 static void bfq_update_bfqq_wr_on_rq_arrival(struct bfq_data *bfqd,
1653                                              struct bfq_queue *bfqq,
1654                                              unsigned int old_wr_coeff,
1655                                              bool wr_or_deserves_wr,
1656                                              bool interactive,
1657                                              bool in_burst,
1658                                              bool soft_rt)
1659 {
1660         if (old_wr_coeff == 1 && wr_or_deserves_wr) {
1661                 /* start a weight-raising period */
1662                 if (interactive) {
1663                         bfqq->service_from_wr = 0;
1664                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
1665                         bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
1666                 } else {
1667                         /*
1668                          * No interactive weight raising in progress
1669                          * here: assign minus infinity to
1670                          * wr_start_at_switch_to_srt, to make sure
1671                          * that, at the end of the soft-real-time
1672                          * weight raising periods that is starting
1673                          * now, no interactive weight-raising period
1674                          * may be wrongly considered as still in
1675                          * progress (and thus actually started by
1676                          * mistake).
1677                          */
1678                         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt =
1679                                 bfq_smallest_from_now();
1680                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff *
1681                                 BFQ_SOFTRT_WEIGHT_FACTOR;
1682                         bfqq->wr_cur_max_time =
1683                                 bfqd->bfq_wr_rt_max_time;
1684                 }
1685
1686                 /*
1687                  * If needed, further reduce budget to make sure it is
1688                  * close to bfqq's backlog, so as to reduce the
1689                  * scheduling-error component due to a too large
1690                  * budget. Do not care about throughput consequences,
1691                  * but only about latency. Finally, do not assign a
1692                  * too small budget either, to avoid increasing
1693                  * latency by causing too frequent expirations.
1694                  */
1695                 bfqq->entity.budget = min_t(unsigned long,
1696                                             bfqq->entity.budget,
1697                                             2 * bfq_min_budget(bfqd));
1698         } else if (old_wr_coeff > 1) {
1699                 if (interactive) { /* update wr coeff and duration */
1700                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
1701                         bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
1702                 } else if (in_burst)
1703                         bfqq->wr_coeff = 1;
1704                 else if (soft_rt) {
1705                         /*
1706                          * The application is now or still meeting the
1707                          * requirements for being deemed soft rt.  We
1708                          * can then correctly and safely (re)charge
1709                          * the weight-raising duration for the
1710                          * application with the weight-raising
1711                          * duration for soft rt applications.
1712                          *
1713                          * In particular, doing this recharge now, i.e.,
1714                          * before the weight-raising period for the
1715                          * application finishes, reduces the probability
1716                          * of the following negative scenario:
1717                          * 1) the weight of a soft rt application is
1718                          *    raised at startup (as for any newly
1719                          *    created application),
1720                          * 2) since the application is not interactive,
1721                          *    at a certain time weight-raising is
1722                          *    stopped for the application,
1723                          * 3) at that time the application happens to
1724                          *    still have pending requests, and hence
1725                          *    is destined to not have a chance to be
1726                          *    deemed soft rt before these requests are
1727                          *    completed (see the comments to the
1728                          *    function bfq_bfqq_softrt_next_start()
1729                          *    for details on soft rt detection),
1730                          * 4) these pending requests experience a high
1731                          *    latency because the application is not
1732                          *    weight-raised while they are pending.
1733                          */
1734                         if (bfqq->wr_cur_max_time !=
1735                                 bfqd->bfq_wr_rt_max_time) {
1736                                 bfqq->wr_start_at_switch_to_srt =
1737                                         bfqq->last_wr_start_finish;
1738
1739                                 bfqq->wr_cur_max_time =
1740                                         bfqd->bfq_wr_rt_max_time;
1741                                 bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff *
1742                                         BFQ_SOFTRT_WEIGHT_FACTOR;
1743                         }
1744                         bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
1745                 }
1746         }
1747 }
1748
1749 static bool bfq_bfqq_idle_for_long_time(struct bfq_data *bfqd,
1750                                         struct bfq_queue *bfqq)
1751 {
1752         return bfqq->dispatched == 0 &&
1753                 time_is_before_jiffies(
1754                         bfqq->budget_timeout +
1755                         bfqd->bfq_wr_min_idle_time);
1756 }
1757
1758
1759 /*
1760  * Return true if bfqq is in a higher priority class, or has a higher
1761  * weight than the in-service queue.
1762  */
1763 static bool bfq_bfqq_higher_class_or_weight(struct bfq_queue *bfqq,
1764                                             struct bfq_queue *in_serv_bfqq)
1765 {
1766         int bfqq_weight, in_serv_weight;
1767
1768         if (bfqq->ioprio_class < in_serv_bfqq->ioprio_class)
1769                 return true;
1770
1771         if (in_serv_bfqq->entity.parent == bfqq->entity.parent) {
1772                 bfqq_weight = bfqq->entity.weight;
1773                 in_serv_weight = in_serv_bfqq->entity.weight;
1774         } else {
1775                 if (bfqq->entity.parent)
1776                         bfqq_weight = bfqq->entity.parent->weight;
1777                 else
1778                         bfqq_weight = bfqq->entity.weight;
1779                 if (in_serv_bfqq->entity.parent)
1780                         in_serv_weight = in_serv_bfqq->entity.parent->weight;
1781                 else
1782                         in_serv_weight = in_serv_bfqq->entity.weight;
1783         }
1784
1785         return bfqq_weight > in_serv_weight;
1786 }
1787
1788 /*
1789  * Get the index of the actuator that will serve bio.
1790  */
1791 static unsigned int bfq_actuator_index(struct bfq_data *bfqd, struct bio *bio)
1792 {
1793         unsigned int i;
1794         sector_t end;
1795
1796         /* no search needed if one or zero ranges present */
1797         if (bfqd->num_actuators == 1)
1798                 return 0;
1799
1800         /* bio_end_sector(bio) gives the sector after the last one */
1801         end = bio_end_sector(bio) - 1;
1802
1803         for (i = 0; i < bfqd->num_actuators; i++) {
1804                 if (end >= bfqd->sector[i] &&
1805                     end < bfqd->sector[i] + bfqd->nr_sectors[i])
1806                         return i;
1807         }
1808
1809         WARN_ONCE(true,
1810                   "bfq_actuator_index: bio sector out of ranges: end=%llu\n",
1811                   end);
1812         return 0;
1813 }
1814
1815 static bool bfq_better_to_idle(struct bfq_queue *bfqq);
1816
1817 static void bfq_bfqq_handle_idle_busy_switch(struct bfq_data *bfqd,
1818                                              struct bfq_queue *bfqq,
1819                                              int old_wr_coeff,
1820                                              struct request *rq,
1821                                              bool *interactive)
1822 {
1823         bool soft_rt, in_burst, wr_or_deserves_wr,
1824                 bfqq_wants_to_preempt,
1825                 idle_for_long_time = bfq_bfqq_idle_for_long_time(bfqd, bfqq),
1826                 /*
1827                  * See the comments on
1828                  * bfq_bfqq_update_budg_for_activation for
1829                  * details on the usage of the next variable.
1830                  */
1831                 arrived_in_time =  ktime_get_ns() <=
1832                         bfqq->ttime.last_end_request +
1833                         bfqd->bfq_slice_idle * 3;
1834         unsigned int act_idx = bfq_actuator_index(bfqd, rq->bio);
1835         bool bfqq_non_merged_or_stably_merged =
1836                 bfqq->bic || RQ_BIC(rq)->bfqq_data[act_idx].stably_merged;
1837
1838         /*
1839          * bfqq deserves to be weight-raised if:
1840          * - it is sync,
1841          * - it does not belong to a large burst,
1842          * - it has been idle for enough time or is soft real-time,
1843          * - is linked to a bfq_io_cq (it is not shared in any sense),
1844          * - has a default weight (otherwise we assume the user wanted
1845          *   to control its weight explicitly)
1846          */
1847         in_burst = bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq);
1848         soft_rt = bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate > 0 &&
1849                 !BFQQ_TOTALLY_SEEKY(bfqq) &&
1850                 !in_burst &&
1851                 time_is_before_jiffies(bfqq->soft_rt_next_start) &&
1852                 bfqq->dispatched == 0 &&
1853                 bfqq->entity.new_weight == 40;
1854         *interactive = !in_burst && idle_for_long_time &&
1855                 bfqq->entity.new_weight == 40;
1856         /*
1857          * Merged bfq_queues are kept out of weight-raising
1858          * (low-latency) mechanisms. The reason is that these queues
1859          * are usually created for non-interactive and
1860          * non-soft-real-time tasks. Yet this is not the case for
1861          * stably-merged queues. These queues are merged just because
1862          * they are created shortly after each other. So they may
1863          * easily serve the I/O of an interactive or soft-real time
1864          * application, if the application happens to spawn multiple
1865          * processes. So let also stably-merged queued enjoy weight
1866          * raising.
1867          */
1868         wr_or_deserves_wr = bfqd->low_latency &&
1869                 (bfqq->wr_coeff > 1 ||
1870                  (bfq_bfqq_sync(bfqq) && bfqq_non_merged_or_stably_merged &&
1871                   (*interactive || soft_rt)));
1872
1873         /*
1874          * Using the last flag, update budget and check whether bfqq
1875          * may want to preempt the in-service queue.
1876          */
1877         bfqq_wants_to_preempt =
1878                 bfq_bfqq_update_budg_for_activation(bfqd, bfqq,
1879                                                     arrived_in_time);
1880
1881         /*
1882          * If bfqq happened to be activated in a burst, but has been
1883          * idle for much more than an interactive queue, then we
1884          * assume that, in the overall I/O initiated in the burst, the
1885          * I/O associated with bfqq is finished. So bfqq does not need
1886          * to be treated as a queue belonging to a burst
1887          * anymore. Accordingly, we reset bfqq's in_large_burst flag
1888          * if set, and remove bfqq from the burst list if it's
1889          * there. We do not decrement burst_size, because the fact
1890          * that bfqq does not need to belong to the burst list any
1891          * more does not invalidate the fact that bfqq was created in
1892          * a burst.
1893          */
1894         if (likely(!bfq_bfqq_just_created(bfqq)) &&
1895             idle_for_long_time &&
1896             time_is_before_jiffies(
1897                     bfqq->budget_timeout +
1898                     msecs_to_jiffies(10000))) {
1899                 hlist_del_init(&bfqq->burst_list_node);
1900                 bfq_clear_bfqq_in_large_burst(bfqq);
1901         }
1902
1903         bfq_clear_bfqq_just_created(bfqq);
1904
1905         if (bfqd->low_latency) {
1906                 if (unlikely(time_is_after_jiffies(bfqq->split_time)))
1907                         /* wraparound */
1908                         bfqq->split_time =
1909                                 jiffies - bfqd->bfq_wr_min_idle_time - 1;
1910
1911                 if (time_is_before_jiffies(bfqq->split_time +
1912                                            bfqd->bfq_wr_min_idle_time)) {
1913                         bfq_update_bfqq_wr_on_rq_arrival(bfqd, bfqq,
1914                                                          old_wr_coeff,
1915                                                          wr_or_deserves_wr,
1916                                                          *interactive,
1917                                                          in_burst,
1918                                                          soft_rt);
1919
1920                         if (old_wr_coeff != bfqq->wr_coeff)
1921                                 bfqq->entity.prio_changed = 1;
1922                 }
1923         }
1924
1925         bfqq->last_idle_bklogged = jiffies;
1926         bfqq->service_from_backlogged = 0;
1927         bfq_clear_bfqq_softrt_update(bfqq);
1928
1929         bfq_add_bfqq_busy(bfqq);
1930
1931         /*
1932          * Expire in-service queue if preemption may be needed for
1933          * guarantees or throughput. As for guarantees, we care
1934          * explicitly about two cases. The first is that bfqq has to
1935          * recover a service hole, as explained in the comments on
1936          * bfq_bfqq_update_budg_for_activation(), i.e., that
1937          * bfqq_wants_to_preempt is true. However, if bfqq does not
1938          * carry time-critical I/O, then bfqq's bandwidth is less
1939          * important than that of queues that carry time-critical I/O.
1940          * So, as a further constraint, we consider this case only if
1941          * bfqq is at least as weight-raised, i.e., at least as time
1942          * critical, as the in-service queue.
1943          *
1944          * The second case is that bfqq is in a higher priority class,
1945          * or has a higher weight than the in-service queue. If this
1946          * condition does not hold, we don't care because, even if
1947          * bfqq does not start to be served immediately, the resulting
1948          * delay for bfqq's I/O is however lower or much lower than
1949          * the ideal completion time to be guaranteed to bfqq's I/O.
1950          *
1951          * In both cases, preemption is needed only if, according to
1952          * the timestamps of both bfqq and of the in-service queue,
1953          * bfqq actually is the next queue to serve. So, to reduce
1954          * useless preemptions, the return value of
1955          * next_queue_may_preempt() is considered in the next compound
1956          * condition too. Yet next_queue_may_preempt() just checks a
1957          * simple, necessary condition for bfqq to be the next queue
1958          * to serve. In fact, to evaluate a sufficient condition, the
1959          * timestamps of the in-service queue would need to be
1960          * updated, and this operation is quite costly (see the
1961          * comments on bfq_bfqq_update_budg_for_activation()).
1962          *
1963          * As for throughput, we ask bfq_better_to_idle() whether we
1964          * still need to plug I/O dispatching. If bfq_better_to_idle()
1965          * says no, then plugging is not needed any longer, either to
1966          * boost throughput or to perserve service guarantees. Then
1967          * the best option is to stop plugging I/O, as not doing so
1968          * would certainly lower throughput. We may end up in this
1969          * case if: (1) upon a dispatch attempt, we detected that it
1970          * was better to plug I/O dispatch, and to wait for a new
1971          * request to arrive for the currently in-service queue, but
1972          * (2) this switch of bfqq to busy changes the scenario.
1973          */
1974         if (bfqd->in_service_queue &&
1975             ((bfqq_wants_to_preempt &&
1976               bfqq->wr_coeff >= bfqd->in_service_queue->wr_coeff) ||
1977              bfq_bfqq_higher_class_or_weight(bfqq, bfqd->in_service_queue) ||
1978              !bfq_better_to_idle(bfqd->in_service_queue)) &&
1979             next_queue_may_preempt(bfqd))
1980                 bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqd->in_service_queue,
1981                                 false, BFQQE_PREEMPTED);
1982 }
1983
1984 static void bfq_reset_inject_limit(struct bfq_data *bfqd,
1985                                    struct bfq_queue *bfqq)
1986 {
1987         /* invalidate baseline total service time */
1988         bfqq->last_serv_time_ns = 0;
1989
1990         /*
1991          * Reset pointer in case we are waiting for
1992          * some request completion.
1993          */
1994         bfqd->waited_rq = NULL;
1995
1996         /*
1997          * If bfqq has a short think time, then start by setting the
1998          * inject limit to 0 prudentially, because the service time of
1999          * an injected I/O request may be higher than the think time
2000          * of bfqq, and therefore, if one request was injected when
2001          * bfqq remains empty, this injected request might delay the
2002          * service of the next I/O request for bfqq significantly. In
2003          * case bfqq can actually tolerate some injection, then the
2004          * adaptive update will however raise the limit soon. This
2005          * lucky circumstance holds exactly because bfqq has a short
2006          * think time, and thus, after remaining empty, is likely to
2007          * get new I/O enqueued---and then completed---before being
2008          * expired. This is the very pattern that gives the
2009          * limit-update algorithm the chance to measure the effect of
2010          * injection on request service times, and then to update the
2011          * limit accordingly.
2012          *
2013          * However, in the following special case, the inject limit is
2014          * left to 1 even if the think time is short: bfqq's I/O is
2015          * synchronized with that of some other queue, i.e., bfqq may
2016          * receive new I/O only after the I/O of the other queue is
2017          * completed. Keeping the inject limit to 1 allows the
2018          * blocking I/O to be served while bfqq is in service. And
2019          * this is very convenient both for bfqq and for overall
2020          * throughput, as explained in detail in the comments in
2021          * bfq_update_has_short_ttime().
2022          *
2023          * On the opposite end, if bfqq has a long think time, then
2024          * start directly by 1, because:
2025          * a) on the bright side, keeping at most one request in
2026          * service in the drive is unlikely to cause any harm to the
2027          * latency of bfqq's requests, as the service time of a single
2028          * request is likely to be lower than the think time of bfqq;
2029          * b) on the downside, after becoming empty, bfqq is likely to
2030          * expire before getting its next request. With this request
2031          * arrival pattern, it is very hard to sample total service
2032          * times and update the inject limit accordingly (see comments
2033          * on bfq_update_inject_limit()). So the limit is likely to be
2034          * never, or at least seldom, updated.  As a consequence, by
2035          * setting the limit to 1, we avoid that no injection ever
2036          * occurs with bfqq. On the downside, this proactive step
2037          * further reduces chances to actually compute the baseline
2038          * total service time. Thus it reduces chances to execute the
2039          * limit-update algorithm and possibly raise the limit to more
2040          * than 1.
2041          */
2042         if (bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq))
2043                 bfqq->inject_limit = 0;
2044         else
2045                 bfqq->inject_limit = 1;
2046
2047         bfqq->decrease_time_jif = jiffies;
2048 }
2049
2050 static void bfq_update_io_intensity(struct bfq_queue *bfqq, u64 now_ns)
2051 {
2052         u64 tot_io_time = now_ns - bfqq->io_start_time;
2053
2054         if (RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) && bfqq->dispatched == 0)
2055                 bfqq->tot_idle_time +=
2056                         now_ns - bfqq->ttime.last_end_request;
2057
2058         if (unlikely(bfq_bfqq_just_created(bfqq)))
2059                 return;
2060
2061         /*
2062          * Must be busy for at least about 80% of the time to be
2063          * considered I/O bound.
2064          */
2065         if (bfqq->tot_idle_time * 5 > tot_io_time)
2066                 bfq_clear_bfqq_IO_bound(bfqq);
2067         else
2068                 bfq_mark_bfqq_IO_bound(bfqq);
2069
2070         /*
2071          * Keep an observation window of at most 200 ms in the past
2072          * from now.
2073          */
2074         if (tot_io_time > 200 * NSEC_PER_MSEC) {
2075                 bfqq->io_start_time = now_ns - (tot_io_time>>1);
2076                 bfqq->tot_idle_time >>= 1;
2077         }
2078 }
2079
2080 /*
2081  * Detect whether bfqq's I/O seems synchronized with that of some
2082  * other queue, i.e., whether bfqq, after remaining empty, happens to
2083  * receive new I/O only right after some I/O request of the other
2084  * queue has been completed. We call waker queue the other queue, and
2085  * we assume, for simplicity, that bfqq may have at most one waker
2086  * queue.
2087  *
2088  * A remarkable throughput boost can be reached by unconditionally
2089  * injecting the I/O of the waker queue, every time a new
2090  * bfq_dispatch_request happens to be invoked while I/O is being
2091  * plugged for bfqq.  In addition to boosting throughput, this
2092  * unblocks bfqq's I/O, thereby improving bandwidth and latency for
2093  * bfqq. Note that these same results may be achieved with the general
2094  * injection mechanism, but less effectively. For details on this
2095  * aspect, see the comments on the choice of the queue for injection
2096  * in bfq_select_queue().
2097  *
2098  * Turning back to the detection of a waker queue, a queue Q is deemed as a
2099  * waker queue for bfqq if, for three consecutive times, bfqq happens to become
2100  * non empty right after a request of Q has been completed within given
2101  * timeout. In this respect, even if bfqq is empty, we do not check for a waker
2102  * if it still has some in-flight I/O. In fact, in this case bfqq is actually
2103  * still being served by the drive, and may receive new I/O on the completion
2104  * of some of the in-flight requests. In particular, on the first time, Q is
2105  * tentatively set as a candidate waker queue, while on the third consecutive
2106  * time that Q is detected, the field waker_bfqq is set to Q, to confirm that Q
2107  * is a waker queue for bfqq. These detection steps are performed only if bfqq
2108  * has a long think time, so as to make it more likely that bfqq's I/O is
2109  * actually being blocked by a synchronization. This last filter, plus the
2110  * above three-times requirement and time limit for detection, make false
2111  * positives less likely.
2112  *
2113  * NOTE
2114  *
2115  * The sooner a waker queue is detected, the sooner throughput can be
2116  * boosted by injecting I/O from the waker queue. Fortunately,
2117  * detection is likely to be actually fast, for the following
2118  * reasons. While blocked by synchronization, bfqq has a long think
2119  * time. This implies that bfqq's inject limit is at least equal to 1
2120  * (see the comments in bfq_update_inject_limit()). So, thanks to
2121  * injection, the waker queue is likely to be served during the very
2122  * first I/O-plugging time interval for bfqq. This triggers the first
2123  * step of the detection mechanism. Thanks again to injection, the
2124  * candidate waker queue is then likely to be confirmed no later than
2125  * during the next I/O-plugging interval for bfqq.
2126  *
2127  * ISSUE
2128  *
2129  * On queue merging all waker information is lost.
2130  */
2131 static void bfq_check_waker(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
2132                             u64 now_ns)
2133 {
2134         char waker_name[MAX_BFQQ_NAME_LENGTH];
2135
2136         if (!bfqd->last_completed_rq_bfqq ||
2137             bfqd->last_completed_rq_bfqq == bfqq ||
2138             bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq) ||
2139             now_ns - bfqd->last_completion >= 4 * NSEC_PER_MSEC ||
2140             bfqd->last_completed_rq_bfqq == &bfqd->oom_bfqq ||
2141             bfqq == &bfqd->oom_bfqq)
2142                 return;
2143
2144         /*
2145          * We reset waker detection logic also if too much time has passed
2146          * since the first detection. If wakeups are rare, pointless idling
2147          * doesn't hurt throughput that much. The condition below makes sure
2148          * we do not uselessly idle blocking waker in more than 1/64 cases.
2149          */
2150         if (bfqd->last_completed_rq_bfqq !=
2151             bfqq->tentative_waker_bfqq ||
2152             now_ns > bfqq->waker_detection_started +
2153                                         128 * (u64)bfqd->bfq_slice_idle) {
2154                 /*
2155                  * First synchronization detected with a
2156                  * candidate waker queue, or with a different
2157                  * candidate waker queue from the current one.
2158                  */
2159                 bfqq->tentative_waker_bfqq =
2160                         bfqd->last_completed_rq_bfqq;
2161                 bfqq->num_waker_detections = 1;
2162                 bfqq->waker_detection_started = now_ns;
2163                 bfq_bfqq_name(bfqq->tentative_waker_bfqq, waker_name,
2164                               MAX_BFQQ_NAME_LENGTH);
2165                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "set tentative waker %s", waker_name);
2166         } else /* Same tentative waker queue detected again */
2167                 bfqq->num_waker_detections++;
2168
2169         if (bfqq->num_waker_detections == 3) {
2170                 bfqq->waker_bfqq = bfqd->last_completed_rq_bfqq;
2171                 bfqq->tentative_waker_bfqq = NULL;
2172                 bfq_bfqq_name(bfqq->waker_bfqq, waker_name,
2173                               MAX_BFQQ_NAME_LENGTH);
2174                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "set waker %s", waker_name);
2175
2176                 /*
2177                  * If the waker queue disappears, then
2178                  * bfqq->waker_bfqq must be reset. To
2179                  * this goal, we maintain in each
2180                  * waker queue a list, woken_list, of
2181                  * all the queues that reference the
2182                  * waker queue through their
2183                  * waker_bfqq pointer. When the waker
2184                  * queue exits, the waker_bfqq pointer
2185                  * of all the queues in the woken_list
2186                  * is reset.
2187                  *
2188                  * In addition, if bfqq is already in
2189                  * the woken_list of a waker queue,
2190                  * then, before being inserted into
2191                  * the woken_list of a new waker
2192                  * queue, bfqq must be removed from
2193                  * the woken_list of the old waker
2194                  * queue.
2195                  */
2196                 if (!hlist_unhashed(&bfqq->woken_list_node))
2197                         hlist_del_init(&bfqq->woken_list_node);
2198                 hlist_add_head(&bfqq->woken_list_node,
2199                                &bfqd->last_completed_rq_bfqq->woken_list);
2200         }
2201 }
2202
2203 static void bfq_add_request(struct request *rq)
2204 {
2205         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
2206         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
2207         struct request *next_rq, *prev;
2208         unsigned int old_wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
2209         bool interactive = false;
2210         u64 now_ns = ktime_get_ns();
2211
2212         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "add_request %d", rq_is_sync(rq));
2213         bfqq->queued[rq_is_sync(rq)]++;
2214         /*
2215          * Updating of 'bfqd->queued' is protected by 'bfqd->lock', however, it
2216          * may be read without holding the lock in bfq_has_work().
2217          */
2218         WRITE_ONCE(bfqd->queued, bfqd->queued + 1);
2219
2220         if (bfq_bfqq_sync(bfqq) && RQ_BIC(rq)->requests <= 1) {
2221                 bfq_check_waker(bfqd, bfqq, now_ns);
2222
2223                 /*
2224                  * Periodically reset inject limit, to make sure that
2225                  * the latter eventually drops in case workload
2226                  * changes, see step (3) in the comments on
2227                  * bfq_update_inject_limit().
2228                  */
2229                 if (time_is_before_eq_jiffies(bfqq->decrease_time_jif +
2230                                              msecs_to_jiffies(1000)))
2231                         bfq_reset_inject_limit(bfqd, bfqq);
2232
2233                 /*
2234                  * The following conditions must hold to setup a new
2235                  * sampling of total service time, and then a new
2236                  * update of the inject limit:
2237                  * - bfqq is in service, because the total service
2238                  *   time is evaluated only for the I/O requests of
2239                  *   the queues in service;
2240                  * - this is the right occasion to compute or to
2241                  *   lower the baseline total service time, because
2242                  *   there are actually no requests in the drive,
2243                  *   or
2244                  *   the baseline total service time is available, and
2245                  *   this is the right occasion to compute the other
2246                  *   quantity needed to update the inject limit, i.e.,
2247                  *   the total service time caused by the amount of
2248                  *   injection allowed by the current value of the
2249                  *   limit. It is the right occasion because injection
2250                  *   has actually been performed during the service
2251                  *   hole, and there are still in-flight requests,
2252                  *   which are very likely to be exactly the injected
2253                  *   requests, or part of them;
2254                  * - the minimum interval for sampling the total
2255                  *   service time and updating the inject limit has
2256                  *   elapsed.
2257                  */
2258                 if (bfqq == bfqd->in_service_queue &&
2259                     (bfqd->tot_rq_in_driver == 0 ||
2260                      (bfqq->last_serv_time_ns > 0 &&
2261                       bfqd->rqs_injected && bfqd->tot_rq_in_driver > 0)) &&
2262                     time_is_before_eq_jiffies(bfqq->decrease_time_jif +
2263                                               msecs_to_jiffies(10))) {
2264                         bfqd->last_empty_occupied_ns = ktime_get_ns();
2265                         /*
2266                          * Start the state machine for measuring the
2267                          * total service time of rq: setting
2268                          * wait_dispatch will cause bfqd->waited_rq to
2269                          * be set when rq will be dispatched.
2270                          */
2271                         bfqd->wait_dispatch = true;
2272                         /*
2273                          * If there is no I/O in service in the drive,
2274                          * then possible injection occurred before the
2275                          * arrival of rq will not affect the total
2276                          * service time of rq. So the injection limit
2277                          * must not be updated as a function of such
2278                          * total service time, unless new injection
2279                          * occurs before rq is completed. To have the
2280                          * injection limit updated only in the latter
2281                          * case, reset rqs_injected here (rqs_injected
2282                          * will be set in case injection is performed
2283                          * on bfqq before rq is completed).
2284                          */
2285                         if (bfqd->tot_rq_in_driver == 0)
2286                                 bfqd->rqs_injected = false;
2287                 }
2288         }
2289
2290         if (bfq_bfqq_sync(bfqq))
2291                 bfq_update_io_intensity(bfqq, now_ns);
2292
2293         elv_rb_add(&bfqq->sort_list, rq);
2294
2295         /*
2296          * Check if this request is a better next-serve candidate.
2297          */
2298         prev = bfqq->next_rq;
2299         next_rq = bfq_choose_req(bfqd, bfqq->next_rq, rq, bfqd->last_position);
2300         bfqq->next_rq = next_rq;
2301
2302         /*
2303          * Adjust priority tree position, if next_rq changes.
2304          * See comments on bfq_pos_tree_add_move() for the unlikely().
2305          */
2306         if (unlikely(!bfqd->nonrot_with_queueing && prev != bfqq->next_rq))
2307                 bfq_pos_tree_add_move(bfqd, bfqq);
2308
2309         if (!bfq_bfqq_busy(bfqq)) /* switching to busy ... */
2310                 bfq_bfqq_handle_idle_busy_switch(bfqd, bfqq, old_wr_coeff,
2311                                                  rq, &interactive);
2312         else {
2313                 if (bfqd->low_latency && old_wr_coeff == 1 && !rq_is_sync(rq) &&
2314                     time_is_before_jiffies(
2315                                 bfqq->last_wr_start_finish +
2316                                 bfqd->bfq_wr_min_inter_arr_async)) {
2317                         bfqq->wr_coeff = bfqd->bfq_wr_coeff;
2318                         bfqq->wr_cur_max_time = bfq_wr_duration(bfqd);
2319
2320                         bfqd->wr_busy_queues++;
2321                         bfqq->entity.prio_changed = 1;
2322                 }
2323                 if (prev != bfqq->next_rq)
2324                         bfq_updated_next_req(bfqd, bfqq);
2325         }
2326
2327         /*
2328          * Assign jiffies to last_wr_start_finish in the following
2329          * cases:
2330          *
2331          * . if bfqq is not going to be weight-raised, because, for
2332          *   non weight-raised queues, last_wr_start_finish stores the
2333          *   arrival time of the last request; as of now, this piece
2334          *   of information is used only for deciding whether to
2335          *   weight-raise async queues
2336          *
2337          * . if bfqq is not weight-raised, because, if bfqq is now
2338          *   switching to weight-raised, then last_wr_start_finish
2339          *   stores the time when weight-raising starts
2340          *
2341          * . if bfqq is interactive, because, regardless of whether
2342          *   bfqq is currently weight-raised, the weight-raising
2343          *   period must start or restart (this case is considered
2344          *   separately because it is not detected by the above
2345          *   conditions, if bfqq is already weight-raised)
2346          *
2347          * last_wr_start_finish has to be updated also if bfqq is soft
2348          * real-time, because the weight-raising period is constantly
2349          * restarted on idle-to-busy transitions for these queues, but
2350          * this is already done in bfq_bfqq_handle_idle_busy_switch if
2351          * needed.
2352          */
2353         if (bfqd->low_latency &&
2354                 (old_wr_coeff == 1 || bfqq->wr_coeff == 1 || interactive))
2355                 bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
2356 }
2357
2358 static struct request *bfq_find_rq_fmerge(struct bfq_data *bfqd,
2359                                           struct bio *bio,
2360                                           struct request_queue *q)
2361 {
2362         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->bio_bfqq;
2363
2364
2365         if (bfqq)
2366                 return elv_rb_find(&bfqq->sort_list, bio_end_sector(bio));
2367
2368         return NULL;
2369 }
2370
2371 static sector_t get_sdist(sector_t last_pos, struct request *rq)
2372 {
2373         if (last_pos)
2374                 return abs(blk_rq_pos(rq) - last_pos);
2375
2376         return 0;
2377 }
2378
2379 static void bfq_remove_request(struct request_queue *q,
2380                                struct request *rq)
2381 {
2382         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
2383         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
2384         const int sync = rq_is_sync(rq);
2385
2386         if (bfqq->next_rq == rq) {
2387                 bfqq->next_rq = bfq_find_next_rq(bfqd, bfqq, rq);
2388                 bfq_updated_next_req(bfqd, bfqq);
2389         }
2390
2391         if (rq->queuelist.prev != &rq->queuelist)
2392                 list_del_init(&rq->queuelist);
2393         bfqq->queued[sync]--;
2394         /*
2395          * Updating of 'bfqd->queued' is protected by 'bfqd->lock', however, it
2396          * may be read without holding the lock in bfq_has_work().
2397          */
2398         WRITE_ONCE(bfqd->queued, bfqd->queued - 1);
2399         elv_rb_del(&bfqq->sort_list, rq);
2400
2401         elv_rqhash_del(q, rq);
2402         if (q->last_merge == rq)
2403                 q->last_merge = NULL;
2404
2405         if (RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list)) {
2406                 bfqq->next_rq = NULL;
2407
2408                 if (bfq_bfqq_busy(bfqq) && bfqq != bfqd->in_service_queue) {
2409                         bfq_del_bfqq_busy(bfqq, false);
2410                         /*
2411                          * bfqq emptied. In normal operation, when
2412                          * bfqq is empty, bfqq->entity.service and
2413                          * bfqq->entity.budget must contain,
2414                          * respectively, the service received and the
2415                          * budget used last time bfqq emptied. These
2416                          * facts do not hold in this case, as at least
2417                          * this last removal occurred while bfqq is
2418                          * not in service. To avoid inconsistencies,
2419                          * reset both bfqq->entity.service and
2420                          * bfqq->entity.budget, if bfqq has still a
2421                          * process that may issue I/O requests to it.
2422                          */
2423                         bfqq->entity.budget = bfqq->entity.service = 0;
2424                 }
2425
2426                 /*
2427                  * Remove queue from request-position tree as it is empty.
2428                  */
2429                 if (bfqq->pos_root) {
2430                         rb_erase(&bfqq->pos_node, bfqq->pos_root);
2431                         bfqq->pos_root = NULL;
2432                 }
2433         } else {
2434                 /* see comments on bfq_pos_tree_add_move() for the unlikely() */
2435                 if (unlikely(!bfqd->nonrot_with_queueing))
2436                         bfq_pos_tree_add_move(bfqd, bfqq);
2437         }
2438
2439         if (rq->cmd_flags & REQ_META)
2440                 bfqq->meta_pending--;
2441
2442 }
2443
2444 static bool bfq_bio_merge(struct request_queue *q, struct bio *bio,
2445                 unsigned int nr_segs)
2446 {
2447         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
2448         struct request *free = NULL;
2449         /*
2450          * bfq_bic_lookup grabs the queue_lock: invoke it now and
2451          * store its return value for later use, to avoid nesting
2452          * queue_lock inside the bfqd->lock. We assume that the bic
2453          * returned by bfq_bic_lookup does not go away before
2454          * bfqd->lock is taken.
2455          */
2456         struct bfq_io_cq *bic = bfq_bic_lookup(q);
2457         bool ret;
2458
2459         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
2460
2461         if (bic) {
2462                 /*
2463                  * Make sure cgroup info is uptodate for current process before
2464                  * considering the merge.
2465                  */
2466                 bfq_bic_update_cgroup(bic, bio);
2467
2468                 bfqd->bio_bfqq = bic_to_bfqq(bic, op_is_sync(bio->bi_opf),
2469                                              bfq_actuator_index(bfqd, bio));
2470         } else {
2471                 bfqd->bio_bfqq = NULL;
2472         }
2473         bfqd->bio_bic = bic;
2474
2475         ret = blk_mq_sched_try_merge(q, bio, nr_segs, &free);
2476
2477         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
2478         if (free)
2479                 blk_mq_free_request(free);
2480
2481         return ret;
2482 }
2483
2484 static int bfq_request_merge(struct request_queue *q, struct request **req,
2485                              struct bio *bio)
2486 {
2487         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
2488         struct request *__rq;
2489
2490         __rq = bfq_find_rq_fmerge(bfqd, bio, q);
2491         if (__rq && elv_bio_merge_ok(__rq, bio)) {
2492                 *req = __rq;
2493
2494                 if (blk_discard_mergable(__rq))
2495                         return ELEVATOR_DISCARD_MERGE;
2496                 return ELEVATOR_FRONT_MERGE;
2497         }
2498
2499         return ELEVATOR_NO_MERGE;
2500 }
2501
2502 static void bfq_request_merged(struct request_queue *q, struct request *req,
2503                                enum elv_merge type)
2504 {
2505         if (type == ELEVATOR_FRONT_MERGE &&
2506             rb_prev(&req->rb_node) &&
2507             blk_rq_pos(req) <
2508             blk_rq_pos(container_of(rb_prev(&req->rb_node),
2509                                     struct request, rb_node))) {
2510                 struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(req);
2511                 struct bfq_data *bfqd;
2512                 struct request *prev, *next_rq;
2513
2514                 if (!bfqq)
2515                         return;
2516
2517                 bfqd = bfqq->bfqd;
2518
2519                 /* Reposition request in its sort_list */
2520                 elv_rb_del(&bfqq->sort_list, req);
2521                 elv_rb_add(&bfqq->sort_list, req);
2522
2523                 /* Choose next request to be served for bfqq */
2524                 prev = bfqq->next_rq;
2525                 next_rq = bfq_choose_req(bfqd, bfqq->next_rq, req,
2526                                          bfqd->last_position);
2527                 bfqq->next_rq = next_rq;
2528                 /*
2529                  * If next_rq changes, update both the queue's budget to
2530                  * fit the new request and the queue's position in its
2531                  * rq_pos_tree.
2532                  */
2533                 if (prev != bfqq->next_rq) {
2534                         bfq_updated_next_req(bfqd, bfqq);
2535                         /*
2536                          * See comments on bfq_pos_tree_add_move() for
2537                          * the unlikely().
2538                          */
2539                         if (unlikely(!bfqd->nonrot_with_queueing))
2540                                 bfq_pos_tree_add_move(bfqd, bfqq);
2541                 }
2542         }
2543 }
2544
2545 /*
2546  * This function is called to notify the scheduler that the requests
2547  * rq and 'next' have been merged, with 'next' going away.  BFQ
2548  * exploits this hook to address the following issue: if 'next' has a
2549  * fifo_time lower that rq, then the fifo_time of rq must be set to
2550  * the value of 'next', to not forget the greater age of 'next'.
2551  *
2552  * NOTE: in this function we assume that rq is in a bfq_queue, basing
2553  * on that rq is picked from the hash table q->elevator->hash, which,
2554  * in its turn, is filled only with I/O requests present in
2555  * bfq_queues, while BFQ is in use for the request queue q. In fact,
2556  * the function that fills this hash table (elv_rqhash_add) is called
2557  * only by bfq_insert_request.
2558  */
2559 static void bfq_requests_merged(struct request_queue *q, struct request *rq,
2560                                 struct request *next)
2561 {
2562         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq),
2563                 *next_bfqq = RQ_BFQQ(next);
2564
2565         if (!bfqq)
2566                 goto remove;
2567
2568         /*
2569          * If next and rq belong to the same bfq_queue and next is older
2570          * than rq, then reposition rq in the fifo (by substituting next
2571          * with rq). Otherwise, if next and rq belong to different
2572          * bfq_queues, never reposition rq: in fact, we would have to
2573          * reposition it with respect to next's position in its own fifo,
2574          * which would most certainly be too expensive with respect to
2575          * the benefits.
2576          */
2577         if (bfqq == next_bfqq &&
2578             !list_empty(&rq->queuelist) && !list_empty(&next->queuelist) &&
2579             next->fifo_time < rq->fifo_time) {
2580                 list_del_init(&rq->queuelist);
2581                 list_replace_init(&next->queuelist, &rq->queuelist);
2582                 rq->fifo_time = next->fifo_time;
2583         }
2584
2585         if (bfqq->next_rq == next)
2586                 bfqq->next_rq = rq;
2587
2588         bfqg_stats_update_io_merged(bfqq_group(bfqq), next->cmd_flags);
2589 remove:
2590         /* Merged request may be in the IO scheduler. Remove it. */
2591         if (!RB_EMPTY_NODE(&next->rb_node)) {
2592                 bfq_remove_request(next->q, next);
2593                 if (next_bfqq)
2594                         bfqg_stats_update_io_remove(bfqq_group(next_bfqq),
2595                                                     next->cmd_flags);
2596         }
2597 }
2598
2599 /* Must be called with bfqq != NULL */
2600 static void bfq_bfqq_end_wr(struct bfq_queue *bfqq)
2601 {
2602         /*
2603          * If bfqq has been enjoying interactive weight-raising, then
2604          * reset soft_rt_next_start. We do it for the following
2605          * reason. bfqq may have been conveying the I/O needed to load
2606          * a soft real-time application. Such an application actually
2607          * exhibits a soft real-time I/O pattern after it finishes
2608          * loading, and finally starts doing its job. But, if bfqq has
2609          * been receiving a lot of bandwidth so far (likely to happen
2610          * on a fast device), then soft_rt_next_start now contains a
2611          * high value that. So, without this reset, bfqq would be
2612          * prevented from being possibly considered as soft_rt for a
2613          * very long time.
2614          */
2615
2616         if (bfqq->wr_cur_max_time !=
2617             bfqq->bfqd->bfq_wr_rt_max_time)
2618                 bfqq->soft_rt_next_start = jiffies;
2619
2620         if (bfq_bfqq_busy(bfqq))
2621                 bfqq->bfqd->wr_busy_queues--;
2622         bfqq->wr_coeff = 1;
2623         bfqq->wr_cur_max_time = 0;
2624         bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
2625         /*
2626          * Trigger a weight change on the next invocation of
2627          * __bfq_entity_update_weight_prio.
2628          */
2629         bfqq->entity.prio_changed = 1;
2630 }
2631
2632 void bfq_end_wr_async_queues(struct bfq_data *bfqd,
2633                              struct bfq_group *bfqg)
2634 {
2635         int i, j, k;
2636
2637         for (k = 0; k < bfqd->num_actuators; k++) {
2638                 for (i = 0; i < 2; i++)
2639                         for (j = 0; j < IOPRIO_NR_LEVELS; j++)
2640                                 if (bfqg->async_bfqq[i][j][k])
2641                                         bfq_bfqq_end_wr(bfqg->async_bfqq[i][j][k]);
2642                 if (bfqg->async_idle_bfqq[k])
2643                         bfq_bfqq_end_wr(bfqg->async_idle_bfqq[k]);
2644         }
2645 }
2646
2647 static void bfq_end_wr(struct bfq_data *bfqd)
2648 {
2649         struct bfq_queue *bfqq;
2650         int i;
2651
2652         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
2653
2654         for (i = 0; i < bfqd->num_actuators; i++) {
2655                 list_for_each_entry(bfqq, &bfqd->active_list[i], bfqq_list)
2656                         bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
2657         }
2658         list_for_each_entry(bfqq, &bfqd->idle_list, bfqq_list)
2659                 bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
2660         bfq_end_wr_async(bfqd);
2661
2662         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
2663 }
2664
2665 static sector_t bfq_io_struct_pos(void *io_struct, bool request)
2666 {
2667         if (request)
2668                 return blk_rq_pos(io_struct);
2669         else
2670                 return ((struct bio *)io_struct)->bi_iter.bi_sector;
2671 }
2672
2673 static int bfq_rq_close_to_sector(void *io_struct, bool request,
2674                                   sector_t sector)
2675 {
2676         return abs(bfq_io_struct_pos(io_struct, request) - sector) <=
2677                BFQQ_CLOSE_THR;
2678 }
2679
2680 static struct bfq_queue *bfqq_find_close(struct bfq_data *bfqd,
2681                                          struct bfq_queue *bfqq,
2682                                          sector_t sector)
2683 {
2684         struct rb_root *root = &bfqq_group(bfqq)->rq_pos_tree;
2685         struct rb_node *parent, *node;
2686         struct bfq_queue *__bfqq;
2687
2688         if (RB_EMPTY_ROOT(root))
2689                 return NULL;
2690
2691         /*
2692          * First, if we find a request starting at the end of the last
2693          * request, choose it.
2694          */
2695         __bfqq = bfq_rq_pos_tree_lookup(bfqd, root, sector, &parent, NULL);
2696         if (__bfqq)
2697                 return __bfqq;
2698
2699         /*
2700          * If the exact sector wasn't found, the parent of the NULL leaf
2701          * will contain the closest sector (rq_pos_tree sorted by
2702          * next_request position).
2703          */
2704         __bfqq = rb_entry(parent, struct bfq_queue, pos_node);
2705         if (bfq_rq_close_to_sector(__bfqq->next_rq, true, sector))
2706                 return __bfqq;
2707
2708         if (blk_rq_pos(__bfqq->next_rq) < sector)
2709                 node = rb_next(&__bfqq->pos_node);
2710         else
2711                 node = rb_prev(&__bfqq->pos_node);
2712         if (!node)
2713                 return NULL;
2714
2715         __bfqq = rb_entry(node, struct bfq_queue, pos_node);
2716         if (bfq_rq_close_to_sector(__bfqq->next_rq, true, sector))
2717                 return __bfqq;
2718
2719         return NULL;
2720 }
2721
2722 static struct bfq_queue *bfq_find_close_cooperator(struct bfq_data *bfqd,
2723                                                    struct bfq_queue *cur_bfqq,
2724                                                    sector_t sector)
2725 {
2726         struct bfq_queue *bfqq;
2727
2728         /*
2729          * We shall notice if some of the queues are cooperating,
2730          * e.g., working closely on the same area of the device. In
2731          * that case, we can group them together and: 1) don't waste
2732          * time idling, and 2) serve the union of their requests in
2733          * the best possible order for throughput.
2734          */
2735         bfqq = bfqq_find_close(bfqd, cur_bfqq, sector);
2736         if (!bfqq || bfqq == cur_bfqq)
2737                 return NULL;
2738
2739         return bfqq;
2740 }
2741
2742 static struct bfq_queue *
2743 bfq_setup_merge(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_queue *new_bfqq)
2744 {
2745         int process_refs, new_process_refs;
2746         struct bfq_queue *__bfqq;
2747
2748         /*
2749          * If there are no process references on the new_bfqq, then it is
2750          * unsafe to follow the ->new_bfqq chain as other bfqq's in the chain
2751          * may have dropped their last reference (not just their last process
2752          * reference).
2753          */
2754         if (!bfqq_process_refs(new_bfqq))
2755                 return NULL;
2756
2757         /* Avoid a circular list and skip interim queue merges. */
2758         while ((__bfqq = new_bfqq->new_bfqq)) {
2759                 if (__bfqq == bfqq)
2760                         return NULL;
2761                 new_bfqq = __bfqq;
2762         }
2763
2764         process_refs = bfqq_process_refs(bfqq);
2765         new_process_refs = bfqq_process_refs(new_bfqq);
2766         /*
2767          * If the process for the bfqq has gone away, there is no
2768          * sense in merging the queues.
2769          */
2770         if (process_refs == 0 || new_process_refs == 0)
2771                 return NULL;
2772
2773         /*
2774          * Make sure merged queues belong to the same parent. Parents could
2775          * have changed since the time we decided the two queues are suitable
2776          * for merging.
2777          */
2778         if (new_bfqq->entity.parent != bfqq->entity.parent)
2779                 return NULL;
2780
2781         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "scheduling merge with queue %d",
2782                 new_bfqq->pid);
2783
2784         /*
2785          * Merging is just a redirection: the requests of the process
2786          * owning one of the two queues are redirected to the other queue.
2787          * The latter queue, in its turn, is set as shared if this is the
2788          * first time that the requests of some process are redirected to
2789          * it.
2790          *
2791          * We redirect bfqq to new_bfqq and not the opposite, because
2792          * we are in the context of the process owning bfqq, thus we
2793          * have the io_cq of this process. So we can immediately
2794          * configure this io_cq to redirect the requests of the
2795          * process to new_bfqq. In contrast, the io_cq of new_bfqq is
2796          * not available any more (new_bfqq->bic == NULL).
2797          *
2798          * Anyway, even in case new_bfqq coincides with the in-service
2799          * queue, redirecting requests the in-service queue is the
2800          * best option, as we feed the in-service queue with new
2801          * requests close to the last request served and, by doing so,
2802          * are likely to increase the throughput.
2803          */
2804         bfqq->new_bfqq = new_bfqq;
2805         /*
2806          * The above assignment schedules the following redirections:
2807          * each time some I/O for bfqq arrives, the process that
2808          * generated that I/O is disassociated from bfqq and
2809          * associated with new_bfqq. Here we increases new_bfqq->ref
2810          * in advance, adding the number of processes that are
2811          * expected to be associated with new_bfqq as they happen to
2812          * issue I/O.
2813          */
2814         new_bfqq->ref += process_refs;
2815         return new_bfqq;
2816 }
2817
2818 static bool bfq_may_be_close_cooperator(struct bfq_queue *bfqq,
2819                                         struct bfq_queue *new_bfqq)
2820 {
2821         if (bfq_too_late_for_merging(new_bfqq))
2822                 return false;
2823
2824         if (bfq_class_idle(bfqq) || bfq_class_idle(new_bfqq) ||
2825             (bfqq->ioprio_class != new_bfqq->ioprio_class))
2826                 return false;
2827
2828         /*
2829          * If either of the queues has already been detected as seeky,
2830          * then merging it with the other queue is unlikely to lead to
2831          * sequential I/O.
2832          */
2833         if (BFQQ_SEEKY(bfqq) || BFQQ_SEEKY(new_bfqq))
2834                 return false;
2835
2836         /*
2837          * Interleaved I/O is known to be done by (some) applications
2838          * only for reads, so it does not make sense to merge async
2839          * queues.
2840          */
2841         if (!bfq_bfqq_sync(bfqq) || !bfq_bfqq_sync(new_bfqq))
2842                 return false;
2843
2844         return true;
2845 }
2846
2847 static bool idling_boosts_thr_without_issues(struct bfq_data *bfqd,
2848                                              struct bfq_queue *bfqq);
2849
2850 static struct bfq_queue *
2851 bfq_setup_stable_merge(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
2852                        struct bfq_queue *stable_merge_bfqq,
2853                        struct bfq_iocq_bfqq_data *bfqq_data)
2854 {
2855         int proc_ref = min(bfqq_process_refs(bfqq),
2856                            bfqq_process_refs(stable_merge_bfqq));
2857         struct bfq_queue *new_bfqq = NULL;
2858
2859         bfqq_data->stable_merge_bfqq = NULL;
2860         if (idling_boosts_thr_without_issues(bfqd, bfqq) || proc_ref == 0)
2861                 goto out;
2862
2863         /* next function will take at least one ref */
2864         new_bfqq = bfq_setup_merge(bfqq, stable_merge_bfqq);
2865
2866         if (new_bfqq) {
2867                 bfqq_data->stably_merged = true;
2868                 if (new_bfqq->bic) {
2869                         unsigned int new_a_idx = new_bfqq->actuator_idx;
2870                         struct bfq_iocq_bfqq_data *new_bfqq_data =
2871                                 &new_bfqq->bic->bfqq_data[new_a_idx];
2872
2873                         new_bfqq_data->stably_merged = true;
2874                 }
2875         }
2876
2877 out:
2878         /* deschedule stable merge, because done or aborted here */
2879         bfq_put_stable_ref(stable_merge_bfqq);
2880
2881         return new_bfqq;
2882 }
2883
2884 /*
2885  * Attempt to schedule a merge of bfqq with the currently in-service
2886  * queue or with a close queue among the scheduled queues.  Return
2887  * NULL if no merge was scheduled, a pointer to the shared bfq_queue
2888  * structure otherwise.
2889  *
2890  * The OOM queue is not allowed to participate to cooperation: in fact, since
2891  * the requests temporarily redirected to the OOM queue could be redirected
2892  * again to dedicated queues at any time, the state needed to correctly
2893  * handle merging with the OOM queue would be quite complex and expensive
2894  * to maintain. Besides, in such a critical condition as an out of memory,
2895  * the benefits of queue merging may be little relevant, or even negligible.
2896  *
2897  * WARNING: queue merging may impair fairness among non-weight raised
2898  * queues, for at least two reasons: 1) the original weight of a
2899  * merged queue may change during the merged state, 2) even being the
2900  * weight the same, a merged queue may be bloated with many more
2901  * requests than the ones produced by its originally-associated
2902  * process.
2903  */
2904 static struct bfq_queue *
2905 bfq_setup_cooperator(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
2906                      void *io_struct, bool request, struct bfq_io_cq *bic)
2907 {
2908         struct bfq_queue *in_service_bfqq, *new_bfqq;
2909         unsigned int a_idx = bfqq->actuator_idx;
2910         struct bfq_iocq_bfqq_data *bfqq_data = &bic->bfqq_data[a_idx];
2911
2912         /* if a merge has already been setup, then proceed with that first */
2913         if (bfqq->new_bfqq)
2914                 return bfqq->new_bfqq;
2915
2916         /*
2917          * Check delayed stable merge for rotational or non-queueing
2918          * devs. For this branch to be executed, bfqq must not be
2919          * currently merged with some other queue (i.e., bfqq->bic
2920          * must be non null). If we considered also merged queues,
2921          * then we should also check whether bfqq has already been
2922          * merged with bic->stable_merge_bfqq. But this would be
2923          * costly and complicated.
2924          */
2925         if (unlikely(!bfqd->nonrot_with_queueing)) {
2926                 /*
2927                  * Make sure also that bfqq is sync, because
2928                  * bic->stable_merge_bfqq may point to some queue (for
2929                  * stable merging) also if bic is associated with a
2930                  * sync queue, but this bfqq is async
2931                  */
2932                 if (bfq_bfqq_sync(bfqq) && bfqq_data->stable_merge_bfqq &&
2933                     !bfq_bfqq_just_created(bfqq) &&
2934                     time_is_before_jiffies(bfqq->split_time +
2935                                           msecs_to_jiffies(bfq_late_stable_merging)) &&
2936                     time_is_before_jiffies(bfqq->creation_time +
2937                                            msecs_to_jiffies(bfq_late_stable_merging))) {
2938                         struct bfq_queue *stable_merge_bfqq =
2939                                 bfqq_data->stable_merge_bfqq;
2940
2941                         return bfq_setup_stable_merge(bfqd, bfqq,
2942                                                       stable_merge_bfqq,
2943                                                       bfqq_data);
2944                 }
2945         }
2946
2947         /*
2948          * Do not perform queue merging if the device is non
2949          * rotational and performs internal queueing. In fact, such a
2950          * device reaches a high speed through internal parallelism
2951          * and pipelining. This means that, to reach a high
2952          * throughput, it must have many requests enqueued at the same
2953          * time. But, in this configuration, the internal scheduling
2954          * algorithm of the device does exactly the job of queue
2955          * merging: it reorders requests so as to obtain as much as
2956          * possible a sequential I/O pattern. As a consequence, with
2957          * the workload generated by processes doing interleaved I/O,
2958          * the throughput reached by the device is likely to be the
2959          * same, with and without queue merging.
2960          *
2961          * Disabling merging also provides a remarkable benefit in
2962          * terms of throughput. Merging tends to make many workloads
2963          * artificially more uneven, because of shared queues
2964          * remaining non empty for incomparably more time than
2965          * non-merged queues. This may accentuate workload
2966          * asymmetries. For example, if one of the queues in a set of
2967          * merged queues has a higher weight than a normal queue, then
2968          * the shared queue may inherit such a high weight and, by
2969          * staying almost always active, may force BFQ to perform I/O
2970          * plugging most of the time. This evidently makes it harder
2971          * for BFQ to let the device reach a high throughput.
2972          *
2973          * Finally, the likely() macro below is not used because one
2974          * of the two branches is more likely than the other, but to
2975          * have the code path after the following if() executed as
2976          * fast as possible for the case of a non rotational device
2977          * with queueing. We want it because this is the fastest kind
2978          * of device. On the opposite end, the likely() may lengthen
2979          * the execution time of BFQ for the case of slower devices
2980          * (rotational or at least without queueing). But in this case
2981          * the execution time of BFQ matters very little, if not at
2982          * all.
2983          */
2984         if (likely(bfqd->nonrot_with_queueing))
2985                 return NULL;
2986
2987         /*
2988          * Prevent bfqq from being merged if it has been created too
2989          * long ago. The idea is that true cooperating processes, and
2990          * thus their associated bfq_queues, are supposed to be
2991          * created shortly after each other. This is the case, e.g.,
2992          * for KVM/QEMU and dump I/O threads. Basing on this
2993          * assumption, the following filtering greatly reduces the
2994          * probability that two non-cooperating processes, which just
2995          * happen to do close I/O for some short time interval, have
2996          * their queues merged by mistake.
2997          */
2998         if (bfq_too_late_for_merging(bfqq))
2999                 return NULL;
3000
3001         if (!io_struct || unlikely(bfqq == &bfqd->oom_bfqq))
3002                 return NULL;
3003
3004         /* If there is only one backlogged queue, don't search. */
3005         if (bfq_tot_busy_queues(bfqd) == 1)
3006                 return NULL;
3007
3008         in_service_bfqq = bfqd->in_service_queue;
3009
3010         if (in_service_bfqq && in_service_bfqq != bfqq &&
3011             likely(in_service_bfqq != &bfqd->oom_bfqq) &&
3012             bfq_rq_close_to_sector(io_struct, request,
3013                                    bfqd->in_serv_last_pos) &&
3014             bfqq->entity.parent == in_service_bfqq->entity.parent &&
3015             bfq_may_be_close_cooperator(bfqq, in_service_bfqq)) {
3016                 new_bfqq = bfq_setup_merge(bfqq, in_service_bfqq);
3017                 if (new_bfqq)
3018                         return new_bfqq;
3019         }
3020         /*
3021          * Check whether there is a cooperator among currently scheduled
3022          * queues. The only thing we need is that the bio/request is not
3023          * NULL, as we need it to establish whether a cooperator exists.
3024          */
3025         new_bfqq = bfq_find_close_cooperator(bfqd, bfqq,
3026                         bfq_io_struct_pos(io_struct, request));
3027
3028         if (new_bfqq && likely(new_bfqq != &bfqd->oom_bfqq) &&
3029             bfq_may_be_close_cooperator(bfqq, new_bfqq))
3030                 return bfq_setup_merge(bfqq, new_bfqq);
3031
3032         return NULL;
3033 }
3034
3035 static void bfq_bfqq_save_state(struct bfq_queue *bfqq)
3036 {
3037         struct bfq_io_cq *bic = bfqq->bic;
3038         unsigned int a_idx = bfqq->actuator_idx;
3039         struct bfq_iocq_bfqq_data *bfqq_data = &bic->bfqq_data[a_idx];
3040
3041         /*
3042          * If !bfqq->bic, the queue is already shared or its requests
3043          * have already been redirected to a shared queue; both idle window
3044          * and weight raising state have already been saved. Do nothing.
3045          */
3046         if (!bic)
3047                 return;
3048
3049         bfqq_data->saved_last_serv_time_ns = bfqq->last_serv_time_ns;
3050         bfqq_data->saved_inject_limit = bfqq->inject_limit;
3051         bfqq_data->saved_decrease_time_jif = bfqq->decrease_time_jif;
3052
3053         bfqq_data->saved_weight = bfqq->entity.orig_weight;
3054         bfqq_data->saved_ttime = bfqq->ttime;
3055         bfqq_data->saved_has_short_ttime =
3056                 bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
3057         bfqq_data->saved_IO_bound = bfq_bfqq_IO_bound(bfqq);
3058         bfqq_data->saved_io_start_time = bfqq->io_start_time;
3059         bfqq_data->saved_tot_idle_time = bfqq->tot_idle_time;
3060         bfqq_data->saved_in_large_burst = bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq);
3061         bfqq_data->was_in_burst_list =
3062                 !hlist_unhashed(&bfqq->burst_list_node);
3063
3064         if (unlikely(bfq_bfqq_just_created(bfqq) &&
3065                      !bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq) &&
3066                      bfqq->bfqd->low_latency)) {
3067                 /*
3068                  * bfqq being merged right after being created: bfqq
3069                  * would have deserved interactive weight raising, but
3070                  * did not make it to be set in a weight-raised state,
3071                  * because of this early merge. Store directly the
3072                  * weight-raising state that would have been assigned
3073                  * to bfqq, so that to avoid that bfqq unjustly fails
3074                  * to enjoy weight raising if split soon.
3075                  */
3076                 bfqq_data->saved_wr_coeff = bfqq->bfqd->bfq_wr_coeff;
3077                 bfqq_data->saved_wr_start_at_switch_to_srt =
3078                         bfq_smallest_from_now();
3079                 bfqq_data->saved_wr_cur_max_time =
3080                         bfq_wr_duration(bfqq->bfqd);
3081                 bfqq_data->saved_last_wr_start_finish = jiffies;
3082         } else {
3083                 bfqq_data->saved_wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
3084                 bfqq_data->saved_wr_start_at_switch_to_srt =
3085                         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt;
3086                 bfqq_data->saved_service_from_wr =
3087                         bfqq->service_from_wr;
3088                 bfqq_data->saved_last_wr_start_finish =
3089                         bfqq->last_wr_start_finish;
3090                 bfqq_data->saved_wr_cur_max_time = bfqq->wr_cur_max_time;
3091         }
3092 }
3093
3094
3095 static void
3096 bfq_reassign_last_bfqq(struct bfq_queue *cur_bfqq, struct bfq_queue *new_bfqq)
3097 {
3098         if (cur_bfqq->entity.parent &&
3099             cur_bfqq->entity.parent->last_bfqq_created == cur_bfqq)
3100                 cur_bfqq->entity.parent->last_bfqq_created = new_bfqq;
3101         else if (cur_bfqq->bfqd && cur_bfqq->bfqd->last_bfqq_created == cur_bfqq)
3102                 cur_bfqq->bfqd->last_bfqq_created = new_bfqq;
3103 }
3104
3105 void bfq_release_process_ref(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
3106 {
3107         /*
3108          * To prevent bfqq's service guarantees from being violated,
3109          * bfqq may be left busy, i.e., queued for service, even if
3110          * empty (see comments in __bfq_bfqq_expire() for
3111          * details). But, if no process will send requests to bfqq any
3112          * longer, then there is no point in keeping bfqq queued for
3113          * service. In addition, keeping bfqq queued for service, but
3114          * with no process ref any longer, may have caused bfqq to be
3115          * freed when dequeued from service. But this is assumed to
3116          * never happen.
3117          */
3118         if (bfq_bfqq_busy(bfqq) && RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) &&
3119             bfqq != bfqd->in_service_queue)
3120                 bfq_del_bfqq_busy(bfqq, false);
3121
3122         bfq_reassign_last_bfqq(bfqq, NULL);
3123
3124         bfq_put_queue(bfqq);
3125 }
3126
3127 static void
3128 bfq_merge_bfqqs(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_io_cq *bic,
3129                 struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_queue *new_bfqq)
3130 {
3131         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "merging with queue %lu",
3132                 (unsigned long)new_bfqq->pid);
3133         /* Save weight raising and idle window of the merged queues */
3134         bfq_bfqq_save_state(bfqq);
3135         bfq_bfqq_save_state(new_bfqq);
3136         if (bfq_bfqq_IO_bound(bfqq))
3137                 bfq_mark_bfqq_IO_bound(new_bfqq);
3138         bfq_clear_bfqq_IO_bound(bfqq);
3139
3140         /*
3141          * The processes associated with bfqq are cooperators of the
3142          * processes associated with new_bfqq. So, if bfqq has a
3143          * waker, then assume that all these processes will be happy
3144          * to let bfqq's waker freely inject I/O when they have no
3145          * I/O.
3146          */
3147         if (bfqq->waker_bfqq && !new_bfqq->waker_bfqq &&
3148             bfqq->waker_bfqq != new_bfqq) {
3149                 new_bfqq->waker_bfqq = bfqq->waker_bfqq;
3150                 new_bfqq->tentative_waker_bfqq = NULL;
3151
3152                 /*
3153                  * If the waker queue disappears, then
3154                  * new_bfqq->waker_bfqq must be reset. So insert
3155                  * new_bfqq into the woken_list of the waker. See
3156                  * bfq_check_waker for details.
3157                  */
3158                 hlist_add_head(&new_bfqq->woken_list_node,
3159                                &new_bfqq->waker_bfqq->woken_list);
3160
3161         }
3162
3163         /*
3164          * If bfqq is weight-raised, then let new_bfqq inherit
3165          * weight-raising. To reduce false positives, neglect the case
3166          * where bfqq has just been created, but has not yet made it
3167          * to be weight-raised (which may happen because EQM may merge
3168          * bfqq even before bfq_add_request is executed for the first
3169          * time for bfqq). Handling this case would however be very
3170          * easy, thanks to the flag just_created.
3171          */
3172         if (new_bfqq->wr_coeff == 1 && bfqq->wr_coeff > 1) {
3173                 new_bfqq->wr_coeff = bfqq->wr_coeff;
3174                 new_bfqq->wr_cur_max_time = bfqq->wr_cur_max_time;
3175                 new_bfqq->last_wr_start_finish = bfqq->last_wr_start_finish;
3176                 new_bfqq->wr_start_at_switch_to_srt =
3177                         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt;
3178                 if (bfq_bfqq_busy(new_bfqq))
3179                         bfqd->wr_busy_queues++;
3180                 new_bfqq->entity.prio_changed = 1;
3181         }
3182
3183         if (bfqq->wr_coeff > 1) { /* bfqq has given its wr to new_bfqq */
3184                 bfqq->wr_coeff = 1;
3185                 bfqq->entity.prio_changed = 1;
3186                 if (bfq_bfqq_busy(bfqq))
3187                         bfqd->wr_busy_queues--;
3188         }
3189
3190         bfq_log_bfqq(bfqd, new_bfqq, "merge_bfqqs: wr_busy %d",
3191                      bfqd->wr_busy_queues);
3192
3193         /*
3194          * Merge queues (that is, let bic redirect its requests to new_bfqq)
3195          */
3196         bic_set_bfqq(bic, new_bfqq, true, bfqq->actuator_idx);
3197         bfq_mark_bfqq_coop(new_bfqq);
3198         /*
3199          * new_bfqq now belongs to at least two bics (it is a shared queue):
3200          * set new_bfqq->bic to NULL. bfqq either:
3201          * - does not belong to any bic any more, and hence bfqq->bic must
3202          *   be set to NULL, or
3203          * - is a queue whose owning bics have already been redirected to a
3204          *   different queue, hence the queue is destined to not belong to
3205          *   any bic soon and bfqq->bic is already NULL (therefore the next
3206          *   assignment causes no harm).
3207          */
3208         new_bfqq->bic = NULL;
3209         /*
3210          * If the queue is shared, the pid is the pid of one of the associated
3211          * processes. Which pid depends on the exact sequence of merge events
3212          * the queue underwent. So printing such a pid is useless and confusing
3213          * because it reports a random pid between those of the associated
3214          * processes.
3215          * We mark such a queue with a pid -1, and then print SHARED instead of
3216          * a pid in logging messages.
3217          */
3218         new_bfqq->pid = -1;
3219         bfqq->bic = NULL;
3220
3221         bfq_reassign_last_bfqq(bfqq, new_bfqq);
3222
3223         bfq_release_process_ref(bfqd, bfqq);
3224 }
3225
3226 static bool bfq_allow_bio_merge(struct request_queue *q, struct request *rq,
3227                                 struct bio *bio)
3228 {
3229         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
3230         bool is_sync = op_is_sync(bio->bi_opf);
3231         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->bio_bfqq, *new_bfqq;
3232
3233         /*
3234          * Disallow merge of a sync bio into an async request.
3235          */
3236         if (is_sync && !rq_is_sync(rq))
3237                 return false;
3238
3239         /*
3240          * Lookup the bfqq that this bio will be queued with. Allow
3241          * merge only if rq is queued there.
3242          */
3243         if (!bfqq)
3244                 return false;
3245
3246         /*
3247          * We take advantage of this function to perform an early merge
3248          * of the queues of possible cooperating processes.
3249          */
3250         new_bfqq = bfq_setup_cooperator(bfqd, bfqq, bio, false, bfqd->bio_bic);
3251         if (new_bfqq) {
3252                 /*
3253                  * bic still points to bfqq, then it has not yet been
3254                  * redirected to some other bfq_queue, and a queue
3255                  * merge between bfqq and new_bfqq can be safely
3256                  * fulfilled, i.e., bic can be redirected to new_bfqq
3257                  * and bfqq can be put.
3258                  */
3259                 bfq_merge_bfqqs(bfqd, bfqd->bio_bic, bfqq,
3260                                 new_bfqq);
3261                 /*
3262                  * If we get here, bio will be queued into new_queue,
3263                  * so use new_bfqq to decide whether bio and rq can be
3264                  * merged.
3265                  */
3266                 bfqq = new_bfqq;
3267
3268                 /*
3269                  * Change also bqfd->bio_bfqq, as
3270                  * bfqd->bio_bic now points to new_bfqq, and
3271                  * this function may be invoked again (and then may
3272                  * use again bqfd->bio_bfqq).
3273                  */
3274                 bfqd->bio_bfqq = bfqq;
3275         }
3276
3277         return bfqq == RQ_BFQQ(rq);
3278 }
3279
3280 /*
3281  * Set the maximum time for the in-service queue to consume its
3282  * budget. This prevents seeky processes from lowering the throughput.
3283  * In practice, a time-slice service scheme is used with seeky
3284  * processes.
3285  */
3286 static void bfq_set_budget_timeout(struct bfq_data *bfqd,
3287                                    struct bfq_queue *bfqq)
3288 {
3289         unsigned int timeout_coeff;
3290
3291         if (bfqq->wr_cur_max_time == bfqd->bfq_wr_rt_max_time)
3292                 timeout_coeff = 1;
3293         else
3294                 timeout_coeff = bfqq->entity.weight / bfqq->entity.orig_weight;
3295
3296         bfqd->last_budget_start = ktime_get();
3297
3298         bfqq->budget_timeout = jiffies +
3299                 bfqd->bfq_timeout * timeout_coeff;
3300 }
3301
3302 static void __bfq_set_in_service_queue(struct bfq_data *bfqd,
3303                                        struct bfq_queue *bfqq)
3304 {
3305         if (bfqq) {
3306                 bfq_clear_bfqq_fifo_expire(bfqq);
3307
3308                 bfqd->budgets_assigned = (bfqd->budgets_assigned * 7 + 256) / 8;
3309
3310                 if (time_is_before_jiffies(bfqq->last_wr_start_finish) &&
3311                     bfqq->wr_coeff > 1 &&
3312                     bfqq->wr_cur_max_time == bfqd->bfq_wr_rt_max_time &&
3313                     time_is_before_jiffies(bfqq->budget_timeout)) {
3314                         /*
3315                          * For soft real-time queues, move the start
3316                          * of the weight-raising period forward by the
3317                          * time the queue has not received any
3318                          * service. Otherwise, a relatively long
3319                          * service delay is likely to cause the
3320                          * weight-raising period of the queue to end,
3321                          * because of the short duration of the
3322                          * weight-raising period of a soft real-time
3323                          * queue.  It is worth noting that this move
3324                          * is not so dangerous for the other queues,
3325                          * because soft real-time queues are not
3326                          * greedy.
3327                          *
3328                          * To not add a further variable, we use the
3329                          * overloaded field budget_timeout to
3330                          * determine for how long the queue has not
3331                          * received service, i.e., how much time has
3332                          * elapsed since the queue expired. However,
3333                          * this is a little imprecise, because
3334                          * budget_timeout is set to jiffies if bfqq
3335                          * not only expires, but also remains with no
3336                          * request.
3337                          */
3338                         if (time_after(bfqq->budget_timeout,
3339                                        bfqq->last_wr_start_finish))
3340                                 bfqq->last_wr_start_finish +=
3341                                         jiffies - bfqq->budget_timeout;
3342                         else
3343                                 bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
3344                 }
3345
3346                 bfq_set_budget_timeout(bfqd, bfqq);
3347                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq,
3348                              "set_in_service_queue, cur-budget = %d",
3349                              bfqq->entity.budget);
3350         }
3351
3352         bfqd->in_service_queue = bfqq;
3353         bfqd->in_serv_last_pos = 0;
3354 }
3355
3356 /*
3357  * Get and set a new queue for service.
3358  */
3359 static struct bfq_queue *bfq_set_in_service_queue(struct bfq_data *bfqd)
3360 {
3361         struct bfq_queue *bfqq = bfq_get_next_queue(bfqd);
3362
3363         __bfq_set_in_service_queue(bfqd, bfqq);
3364         return bfqq;
3365 }
3366
3367 static void bfq_arm_slice_timer(struct bfq_data *bfqd)
3368 {
3369         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->in_service_queue;
3370         u32 sl;
3371
3372         bfq_mark_bfqq_wait_request(bfqq);
3373
3374         /*
3375          * We don't want to idle for seeks, but we do want to allow
3376          * fair distribution of slice time for a process doing back-to-back
3377          * seeks. So allow a little bit of time for him to submit a new rq.
3378          */
3379         sl = bfqd->bfq_slice_idle;
3380         /*
3381          * Unless the queue is being weight-raised or the scenario is
3382          * asymmetric, grant only minimum idle time if the queue
3383          * is seeky. A long idling is preserved for a weight-raised
3384          * queue, or, more in general, in an asymmetric scenario,
3385          * because a long idling is needed for guaranteeing to a queue
3386          * its reserved share of the throughput (in particular, it is
3387          * needed if the queue has a higher weight than some other
3388          * queue).
3389          */
3390         if (BFQQ_SEEKY(bfqq) && bfqq->wr_coeff == 1 &&
3391             !bfq_asymmetric_scenario(bfqd, bfqq))
3392                 sl = min_t(u64, sl, BFQ_MIN_TT);
3393         else if (bfqq->wr_coeff > 1)
3394                 sl = max_t(u32, sl, 20ULL * NSEC_PER_MSEC);
3395
3396         bfqd->last_idling_start = ktime_get();
3397         bfqd->last_idling_start_jiffies = jiffies;
3398
3399         hrtimer_start(&bfqd->idle_slice_timer, ns_to_ktime(sl),
3400                       HRTIMER_MODE_REL);
3401         bfqg_stats_set_start_idle_time(bfqq_group(bfqq));
3402 }
3403
3404 /*
3405  * In autotuning mode, max_budget is dynamically recomputed as the
3406  * amount of sectors transferred in timeout at the estimated peak
3407  * rate. This enables BFQ to utilize a full timeslice with a full
3408  * budget, even if the in-service queue is served at peak rate. And
3409  * this maximises throughput with sequential workloads.
3410  */
3411 static unsigned long bfq_calc_max_budget(struct bfq_data *bfqd)
3412 {
3413         return (u64)bfqd->peak_rate * USEC_PER_MSEC *
3414                 jiffies_to_msecs(bfqd->bfq_timeout)>>BFQ_RATE_SHIFT;
3415 }
3416
3417 /*
3418  * Update parameters related to throughput and responsiveness, as a
3419  * function of the estimated peak rate. See comments on
3420  * bfq_calc_max_budget(), and on the ref_wr_duration array.
3421  */
3422 static void update_thr_responsiveness_params(struct bfq_data *bfqd)
3423 {
3424         if (bfqd->bfq_user_max_budget == 0) {
3425                 bfqd->bfq_max_budget =
3426                         bfq_calc_max_budget(bfqd);
3427                 bfq_log(bfqd, "new max_budget = %d", bfqd->bfq_max_budget);
3428         }
3429 }
3430
3431 static void bfq_reset_rate_computation(struct bfq_data *bfqd,
3432                                        struct request *rq)
3433 {
3434         if (rq != NULL) { /* new rq dispatch now, reset accordingly */
3435                 bfqd->last_dispatch = bfqd->first_dispatch = ktime_get_ns();
3436                 bfqd->peak_rate_samples = 1;
3437                 bfqd->sequential_samples = 0;
3438                 bfqd->tot_sectors_dispatched = bfqd->last_rq_max_size =
3439                         blk_rq_sectors(rq);
3440         } else /* no new rq dispatched, just reset the number of samples */
3441                 bfqd->peak_rate_samples = 0; /* full re-init on next disp. */
3442
3443         bfq_log(bfqd,
3444                 "reset_rate_computation at end, sample %u/%u tot_sects %llu",
3445                 bfqd->peak_rate_samples, bfqd->sequential_samples,
3446                 bfqd->tot_sectors_dispatched);
3447 }
3448
3449 static void bfq_update_rate_reset(struct bfq_data *bfqd, struct request *rq)
3450 {
3451         u32 rate, weight, divisor;
3452
3453         /*
3454          * For the convergence property to hold (see comments on
3455          * bfq_update_peak_rate()) and for the assessment to be
3456          * reliable, a minimum number of samples must be present, and
3457          * a minimum amount of time must have elapsed. If not so, do
3458          * not compute new rate. Just reset parameters, to get ready
3459          * for a new evaluation attempt.
3460          */
3461         if (bfqd->peak_rate_samples < BFQ_RATE_MIN_SAMPLES ||
3462             bfqd->delta_from_first < BFQ_RATE_MIN_INTERVAL)
3463                 goto reset_computation;
3464
3465         /*
3466          * If a new request completion has occurred after last
3467          * dispatch, then, to approximate the rate at which requests
3468          * have been served by the device, it is more precise to
3469          * extend the observation interval to the last completion.
3470          */
3471         bfqd->delta_from_first =
3472                 max_t(u64, bfqd->delta_from_first,
3473                       bfqd->last_completion - bfqd->first_dispatch);
3474
3475         /*
3476          * Rate computed in sects/usec, and not sects/nsec, for
3477          * precision issues.
3478          */
3479         rate = div64_ul(bfqd->tot_sectors_dispatched<<BFQ_RATE_SHIFT,
3480                         div_u64(bfqd->delta_from_first, NSEC_PER_USEC));
3481
3482         /*
3483          * Peak rate not updated if:
3484          * - the percentage of sequential dispatches is below 3/4 of the
3485          *   total, and rate is below the current estimated peak rate
3486          * - rate is unreasonably high (> 20M sectors/sec)
3487          */
3488         if ((bfqd->sequential_samples < (3 * bfqd->peak_rate_samples)>>2 &&
3489              rate <= bfqd->peak_rate) ||
3490                 rate > 20<<BFQ_RATE_SHIFT)
3491                 goto reset_computation;
3492
3493         /*
3494          * We have to update the peak rate, at last! To this purpose,
3495          * we use a low-pass filter. We compute the smoothing constant
3496          * of the filter as a function of the 'weight' of the new
3497          * measured rate.
3498          *
3499          * As can be seen in next formulas, we define this weight as a
3500          * quantity proportional to how sequential the workload is,
3501          * and to how long the observation time interval is.
3502          *
3503          * The weight runs from 0 to 8. The maximum value of the
3504          * weight, 8, yields the minimum value for the smoothing
3505          * constant. At this minimum value for the smoothing constant,
3506          * the measured rate contributes for half of the next value of
3507          * the estimated peak rate.
3508          *
3509          * So, the first step is to compute the weight as a function
3510          * of how sequential the workload is. Note that the weight
3511          * cannot reach 9, because bfqd->sequential_samples cannot
3512          * become equal to bfqd->peak_rate_samples, which, in its
3513          * turn, holds true because bfqd->sequential_samples is not
3514          * incremented for the first sample.
3515          */
3516         weight = (9 * bfqd->sequential_samples) / bfqd->peak_rate_samples;
3517
3518         /*
3519          * Second step: further refine the weight as a function of the
3520          * duration of the observation interval.
3521          */
3522         weight = min_t(u32, 8,
3523                        div_u64(weight * bfqd->delta_from_first,
3524                                BFQ_RATE_REF_INTERVAL));
3525
3526         /*
3527          * Divisor ranging from 10, for minimum weight, to 2, for
3528          * maximum weight.
3529          */
3530         divisor = 10 - weight;
3531
3532         /*
3533          * Finally, update peak rate:
3534          *
3535          * peak_rate = peak_rate * (divisor-1) / divisor  +  rate / divisor
3536          */
3537         bfqd->peak_rate *= divisor-1;
3538         bfqd->peak_rate /= divisor;
3539         rate /= divisor; /* smoothing constant alpha = 1/divisor */
3540
3541         bfqd->peak_rate += rate;
3542
3543         /*
3544          * For a very slow device, bfqd->peak_rate can reach 0 (see
3545          * the minimum representable values reported in the comments
3546          * on BFQ_RATE_SHIFT). Push to 1 if this happens, to avoid
3547          * divisions by zero where bfqd->peak_rate is used as a
3548          * divisor.
3549          */
3550         bfqd->peak_rate = max_t(u32, 1, bfqd->peak_rate);
3551
3552         update_thr_responsiveness_params(bfqd);
3553
3554 reset_computation:
3555         bfq_reset_rate_computation(bfqd, rq);
3556 }
3557
3558 /*
3559  * Update the read/write peak rate (the main quantity used for
3560  * auto-tuning, see update_thr_responsiveness_params()).
3561  *
3562  * It is not trivial to estimate the peak rate (correctly): because of
3563  * the presence of sw and hw queues between the scheduler and the
3564  * device components that finally serve I/O requests, it is hard to
3565  * say exactly when a given dispatched request is served inside the
3566  * device, and for how long. As a consequence, it is hard to know
3567  * precisely at what rate a given set of requests is actually served
3568  * by the device.
3569  *
3570  * On the opposite end, the dispatch time of any request is trivially
3571  * available, and, from this piece of information, the "dispatch rate"
3572  * of requests can be immediately computed. So, the idea in the next
3573  * function is to use what is known, namely request dispatch times
3574  * (plus, when useful, request completion times), to estimate what is
3575  * unknown, namely in-device request service rate.
3576  *
3577  * The main issue is that, because of the above facts, the rate at
3578  * which a certain set of requests is dispatched over a certain time
3579  * interval can vary greatly with respect to the rate at which the
3580  * same requests are then served. But, since the size of any
3581  * intermediate queue is limited, and the service scheme is lossless
3582  * (no request is silently dropped), the following obvious convergence
3583  * property holds: the number of requests dispatched MUST become
3584  * closer and closer to the number of requests completed as the
3585  * observation interval grows. This is the key property used in
3586  * the next function to estimate the peak service rate as a function
3587  * of the observed dispatch rate. The function assumes to be invoked
3588  * on every request dispatch.
3589  */
3590 static void bfq_update_peak_rate(struct bfq_data *bfqd, struct request *rq)
3591 {
3592         u64 now_ns = ktime_get_ns();
3593
3594         if (bfqd->peak_rate_samples == 0) { /* first dispatch */
3595                 bfq_log(bfqd, "update_peak_rate: goto reset, samples %d",
3596                         bfqd->peak_rate_samples);
3597                 bfq_reset_rate_computation(bfqd, rq);
3598                 goto update_last_values; /* will add one sample */
3599         }
3600
3601         /*
3602          * Device idle for very long: the observation interval lasting
3603          * up to this dispatch cannot be a valid observation interval
3604          * for computing a new peak rate (similarly to the late-
3605          * completion event in bfq_completed_request()). Go to
3606          * update_rate_and_reset to have the following three steps
3607          * taken:
3608          * - close the observation interval at the last (previous)
3609          *   request dispatch or completion
3610          * - compute rate, if possible, for that observation interval
3611          * - start a new observation interval with this dispatch
3612          */
3613         if (now_ns - bfqd->last_dispatch > 100*NSEC_PER_MSEC &&
3614             bfqd->tot_rq_in_driver == 0)
3615                 goto update_rate_and_reset;
3616
3617         /* Update sampling information */
3618         bfqd->peak_rate_samples++;
3619
3620         if ((bfqd->tot_rq_in_driver > 0 ||
3621                 now_ns - bfqd->last_completion < BFQ_MIN_TT)
3622             && !BFQ_RQ_SEEKY(bfqd, bfqd->last_position, rq))
3623                 bfqd->sequential_samples++;
3624
3625         bfqd->tot_sectors_dispatched += blk_rq_sectors(rq);
3626
3627         /* Reset max observed rq size every 32 dispatches */
3628         if (likely(bfqd->peak_rate_samples % 32))
3629                 bfqd->last_rq_max_size =
3630                         max_t(u32, blk_rq_sectors(rq), bfqd->last_rq_max_size);
3631         else
3632                 bfqd->last_rq_max_size = blk_rq_sectors(rq);
3633
3634         bfqd->delta_from_first = now_ns - bfqd->first_dispatch;
3635
3636         /* Target observation interval not yet reached, go on sampling */
3637         if (bfqd->delta_from_first < BFQ_RATE_REF_INTERVAL)
3638                 goto update_last_values;
3639
3640 update_rate_and_reset:
3641         bfq_update_rate_reset(bfqd, rq);
3642 update_last_values:
3643         bfqd->last_position = blk_rq_pos(rq) + blk_rq_sectors(rq);
3644         if (RQ_BFQQ(rq) == bfqd->in_service_queue)
3645                 bfqd->in_serv_last_pos = bfqd->last_position;
3646         bfqd->last_dispatch = now_ns;
3647 }
3648
3649 /*
3650  * Remove request from internal lists.
3651  */
3652 static void bfq_dispatch_remove(struct request_queue *q, struct request *rq)
3653 {
3654         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
3655
3656         /*
3657          * For consistency, the next instruction should have been
3658          * executed after removing the request from the queue and
3659          * dispatching it.  We execute instead this instruction before
3660          * bfq_remove_request() (and hence introduce a temporary
3661          * inconsistency), for efficiency.  In fact, should this
3662          * dispatch occur for a non in-service bfqq, this anticipated
3663          * increment prevents two counters related to bfqq->dispatched
3664          * from risking to be, first, uselessly decremented, and then
3665          * incremented again when the (new) value of bfqq->dispatched
3666          * happens to be taken into account.
3667          */
3668         bfqq->dispatched++;
3669         bfq_update_peak_rate(q->elevator->elevator_data, rq);
3670
3671         bfq_remove_request(q, rq);
3672 }
3673
3674 /*
3675  * There is a case where idling does not have to be performed for
3676  * throughput concerns, but to preserve the throughput share of
3677  * the process associated with bfqq.
3678  *
3679  * To introduce this case, we can note that allowing the drive
3680  * to enqueue more than one request at a time, and hence
3681  * delegating de facto final scheduling decisions to the
3682  * drive's internal scheduler, entails loss of control on the
3683  * actual request service order. In particular, the critical
3684  * situation is when requests from different processes happen
3685  * to be present, at the same time, in the internal queue(s)
3686  * of the drive. In such a situation, the drive, by deciding
3687  * the service order of the internally-queued requests, does
3688  * determine also the actual throughput distribution among
3689  * these processes. But the drive typically has no notion or
3690  * concern about per-process throughput distribution, and
3691  * makes its decisions only on a per-request basis. Therefore,
3692  * the service distribution enforced by the drive's internal
3693  * scheduler is likely to coincide with the desired throughput
3694  * distribution only in a completely symmetric, or favorably
3695  * skewed scenario where:
3696  * (i-a) each of these processes must get the same throughput as
3697  *       the others,
3698  * (i-b) in case (i-a) does not hold, it holds that the process
3699  *       associated with bfqq must receive a lower or equal
3700  *       throughput than any of the other processes;
3701  * (ii)  the I/O of each process has the same properties, in
3702  *       terms of locality (sequential or random), direction
3703  *       (reads or writes), request sizes, greediness
3704  *       (from I/O-bound to sporadic), and so on;
3705
3706  * In fact, in such a scenario, the drive tends to treat the requests
3707  * of each process in about the same way as the requests of the
3708  * others, and thus to provide each of these processes with about the
3709  * same throughput.  This is exactly the desired throughput
3710  * distribution if (i-a) holds, or, if (i-b) holds instead, this is an
3711  * even more convenient distribution for (the process associated with)
3712  * bfqq.
3713  *
3714  * In contrast, in any asymmetric or unfavorable scenario, device
3715  * idling (I/O-dispatch plugging) is certainly needed to guarantee
3716  * that bfqq receives its assigned fraction of the device throughput
3717  * (see [1] for details).
3718  *
3719  * The problem is that idling may significantly reduce throughput with
3720  * certain combinations of types of I/O and devices. An important
3721  * example is sync random I/O on flash storage with command
3722  * queueing. So, unless bfqq falls in cases where idling also boosts
3723  * throughput, it is important to check conditions (i-a), i(-b) and
3724  * (ii) accurately, so as to avoid idling when not strictly needed for
3725  * service guarantees.
3726  *
3727  * Unfortunately, it is extremely difficult to thoroughly check
3728  * condition (ii). And, in case there are active groups, it becomes
3729  * very difficult to check conditions (i-a) and (i-b) too.  In fact,
3730  * if there are active groups, then, for conditions (i-a) or (i-b) to
3731  * become false 'indirectly', it is enough that an active group
3732  * contains more active processes or sub-groups than some other active
3733  * group. More precisely, for conditions (i-a) or (i-b) to become
3734  * false because of such a group, it is not even necessary that the
3735  * group is (still) active: it is sufficient that, even if the group
3736  * has become inactive, some of its descendant processes still have
3737  * some request already dispatched but still waiting for
3738  * completion. In fact, requests have still to be guaranteed their
3739  * share of the throughput even after being dispatched. In this
3740  * respect, it is easy to show that, if a group frequently becomes
3741  * inactive while still having in-flight requests, and if, when this
3742  * happens, the group is not considered in the calculation of whether
3743  * the scenario is asymmetric, then the group may fail to be
3744  * guaranteed its fair share of the throughput (basically because
3745  * idling may not be performed for the descendant processes of the
3746  * group, but it had to be).  We address this issue with the following
3747  * bi-modal behavior, implemented in the function
3748  * bfq_asymmetric_scenario().
3749  *
3750  * If there are groups with requests waiting for completion
3751  * (as commented above, some of these groups may even be
3752  * already inactive), then the scenario is tagged as
3753  * asymmetric, conservatively, without checking any of the
3754  * conditions (i-a), (i-b) or (ii). So the device is idled for bfqq.
3755  * This behavior matches also the fact that groups are created
3756  * exactly if controlling I/O is a primary concern (to
3757  * preserve bandwidth and latency guarantees).
3758  *
3759  * On the opposite end, if there are no groups with requests waiting
3760  * for completion, then only conditions (i-a) and (i-b) are actually
3761  * controlled, i.e., provided that conditions (i-a) or (i-b) holds,
3762  * idling is not performed, regardless of whether condition (ii)
3763  * holds.  In other words, only if conditions (i-a) and (i-b) do not
3764  * hold, then idling is allowed, and the device tends to be prevented
3765  * from queueing many requests, possibly of several processes. Since
3766  * there are no groups with requests waiting for completion, then, to
3767  * control conditions (i-a) and (i-b) it is enough to check just
3768  * whether all the queues with requests waiting for completion also
3769  * have the same weight.
3770  *
3771  * Not checking condition (ii) evidently exposes bfqq to the
3772  * risk of getting less throughput than its fair share.
3773  * However, for queues with the same weight, a further
3774  * mechanism, preemption, mitigates or even eliminates this
3775  * problem. And it does so without consequences on overall
3776  * throughput. This mechanism and its benefits are explained
3777  * in the next three paragraphs.
3778  *
3779  * Even if a queue, say Q, is expired when it remains idle, Q
3780  * can still preempt the new in-service queue if the next
3781  * request of Q arrives soon (see the comments on
3782  * bfq_bfqq_update_budg_for_activation). If all queues and
3783  * groups have the same weight, this form of preemption,
3784  * combined with the hole-recovery heuristic described in the
3785  * comments on function bfq_bfqq_update_budg_for_activation,
3786  * are enough to preserve a correct bandwidth distribution in
3787  * the mid term, even without idling. In fact, even if not
3788  * idling allows the internal queues of the device to contain
3789  * many requests, and thus to reorder requests, we can rather
3790  * safely assume that the internal scheduler still preserves a
3791  * minimum of mid-term fairness.
3792  *
3793  * More precisely, this preemption-based, idleless approach
3794  * provides fairness in terms of IOPS, and not sectors per
3795  * second. This can be seen with a simple example. Suppose
3796  * that there are two queues with the same weight, but that
3797  * the first queue receives requests of 8 sectors, while the
3798  * second queue receives requests of 1024 sectors. In
3799  * addition, suppose that each of the two queues contains at
3800  * most one request at a time, which implies that each queue
3801  * always remains idle after it is served. Finally, after
3802  * remaining idle, each queue receives very quickly a new
3803  * request. It follows that the two queues are served
3804  * alternatively, preempting each other if needed. This
3805  * implies that, although both queues have the same weight,
3806  * the queue with large requests receives a service that is
3807  * 1024/8 times as high as the service received by the other
3808  * queue.
3809  *
3810  * The motivation for using preemption instead of idling (for
3811  * queues with the same weight) is that, by not idling,
3812  * service guarantees are preserved (completely or at least in
3813  * part) without minimally sacrificing throughput. And, if
3814  * there is no active group, then the primary expectation for
3815  * this device is probably a high throughput.
3816  *
3817  * We are now left only with explaining the two sub-conditions in the
3818  * additional compound condition that is checked below for deciding
3819  * whether the scenario is asymmetric. To explain the first
3820  * sub-condition, we need to add that the function
3821  * bfq_asymmetric_scenario checks the weights of only
3822  * non-weight-raised queues, for efficiency reasons (see comments on
3823  * bfq_weights_tree_add()). Then the fact that bfqq is weight-raised
3824  * is checked explicitly here. More precisely, the compound condition
3825  * below takes into account also the fact that, even if bfqq is being
3826  * weight-raised, the scenario is still symmetric if all queues with
3827  * requests waiting for completion happen to be
3828  * weight-raised. Actually, we should be even more precise here, and
3829  * differentiate between interactive weight raising and soft real-time
3830  * weight raising.
3831  *
3832  * The second sub-condition checked in the compound condition is
3833  * whether there is a fair amount of already in-flight I/O not
3834  * belonging to bfqq. If so, I/O dispatching is to be plugged, for the
3835  * following reason. The drive may decide to serve in-flight
3836  * non-bfqq's I/O requests before bfqq's ones, thereby delaying the
3837  * arrival of new I/O requests for bfqq (recall that bfqq is sync). If
3838  * I/O-dispatching is not plugged, then, while bfqq remains empty, a
3839  * basically uncontrolled amount of I/O from other queues may be
3840  * dispatched too, possibly causing the service of bfqq's I/O to be
3841  * delayed even longer in the drive. This problem gets more and more
3842  * serious as the speed and the queue depth of the drive grow,
3843  * because, as these two quantities grow, the probability to find no
3844  * queue busy but many requests in flight grows too. By contrast,
3845  * plugging I/O dispatching minimizes the delay induced by already
3846  * in-flight I/O, and enables bfqq to recover the bandwidth it may
3847  * lose because of this delay.
3848  *
3849  * As a side note, it is worth considering that the above
3850  * device-idling countermeasures may however fail in the following
3851  * unlucky scenario: if I/O-dispatch plugging is (correctly) disabled
3852  * in a time period during which all symmetry sub-conditions hold, and
3853  * therefore the device is allowed to enqueue many requests, but at
3854  * some later point in time some sub-condition stops to hold, then it
3855  * may become impossible to make requests be served in the desired
3856  * order until all the requests already queued in the device have been
3857  * served. The last sub-condition commented above somewhat mitigates
3858  * this problem for weight-raised queues.
3859  *
3860  * However, as an additional mitigation for this problem, we preserve
3861  * plugging for a special symmetric case that may suddenly turn into
3862  * asymmetric: the case where only bfqq is busy. In this case, not
3863  * expiring bfqq does not cause any harm to any other queues in terms
3864  * of service guarantees. In contrast, it avoids the following unlucky
3865  * sequence of events: (1) bfqq is expired, (2) a new queue with a
3866  * lower weight than bfqq becomes busy (or more queues), (3) the new
3867  * queue is served until a new request arrives for bfqq, (4) when bfqq
3868  * is finally served, there are so many requests of the new queue in
3869  * the drive that the pending requests for bfqq take a lot of time to
3870  * be served. In particular, event (2) may case even already
3871  * dispatched requests of bfqq to be delayed, inside the drive. So, to
3872  * avoid this series of events, the scenario is preventively declared
3873  * as asymmetric also if bfqq is the only busy queues
3874  */
3875 static bool idling_needed_for_service_guarantees(struct bfq_data *bfqd,
3876                                                  struct bfq_queue *bfqq)
3877 {
3878         int tot_busy_queues = bfq_tot_busy_queues(bfqd);
3879
3880         /* No point in idling for bfqq if it won't get requests any longer */
3881         if (unlikely(!bfqq_process_refs(bfqq)))
3882                 return false;
3883
3884         return (bfqq->wr_coeff > 1 &&
3885                 (bfqd->wr_busy_queues < tot_busy_queues ||
3886                  bfqd->tot_rq_in_driver >= bfqq->dispatched + 4)) ||
3887                 bfq_asymmetric_scenario(bfqd, bfqq) ||
3888                 tot_busy_queues == 1;
3889 }
3890
3891 static bool __bfq_bfqq_expire(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
3892                               enum bfqq_expiration reason)
3893 {
3894         /*
3895          * If this bfqq is shared between multiple processes, check
3896          * to make sure that those processes are still issuing I/Os
3897          * within the mean seek distance. If not, it may be time to
3898          * break the queues apart again.
3899          */
3900         if (bfq_bfqq_coop(bfqq) && BFQQ_SEEKY(bfqq))
3901                 bfq_mark_bfqq_split_coop(bfqq);
3902
3903         /*
3904          * Consider queues with a higher finish virtual time than
3905          * bfqq. If idling_needed_for_service_guarantees(bfqq) returns
3906          * true, then bfqq's bandwidth would be violated if an
3907          * uncontrolled amount of I/O from these queues were
3908          * dispatched while bfqq is waiting for its new I/O to
3909          * arrive. This is exactly what may happen if this is a forced
3910          * expiration caused by a preemption attempt, and if bfqq is
3911          * not re-scheduled. To prevent this from happening, re-queue
3912          * bfqq if it needs I/O-dispatch plugging, even if it is
3913          * empty. By doing so, bfqq is granted to be served before the
3914          * above queues (provided that bfqq is of course eligible).
3915          */
3916         if (RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) &&
3917             !(reason == BFQQE_PREEMPTED &&
3918               idling_needed_for_service_guarantees(bfqd, bfqq))) {
3919                 if (bfqq->dispatched == 0)
3920                         /*
3921                          * Overloading budget_timeout field to store
3922                          * the time at which the queue remains with no
3923                          * backlog and no outstanding request; used by
3924                          * the weight-raising mechanism.
3925                          */
3926                         bfqq->budget_timeout = jiffies;
3927
3928                 bfq_del_bfqq_busy(bfqq, true);
3929         } else {
3930                 bfq_requeue_bfqq(bfqd, bfqq, true);
3931                 /*
3932                  * Resort priority tree of potential close cooperators.
3933                  * See comments on bfq_pos_tree_add_move() for the unlikely().
3934                  */
3935                 if (unlikely(!bfqd->nonrot_with_queueing &&
3936                              !RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list)))
3937                         bfq_pos_tree_add_move(bfqd, bfqq);
3938         }
3939
3940         /*
3941          * All in-service entities must have been properly deactivated
3942          * or requeued before executing the next function, which
3943          * resets all in-service entities as no more in service. This
3944          * may cause bfqq to be freed. If this happens, the next
3945          * function returns true.
3946          */
3947         return __bfq_bfqd_reset_in_service(bfqd);
3948 }
3949
3950 /**
3951  * __bfq_bfqq_recalc_budget - try to adapt the budget to the @bfqq behavior.
3952  * @bfqd: device data.
3953  * @bfqq: queue to update.
3954  * @reason: reason for expiration.
3955  *
3956  * Handle the feedback on @bfqq budget at queue expiration.
3957  * See the body for detailed comments.
3958  */
3959 static void __bfq_bfqq_recalc_budget(struct bfq_data *bfqd,
3960                                      struct bfq_queue *bfqq,
3961                                      enum bfqq_expiration reason)
3962 {
3963         struct request *next_rq;
3964         int budget, min_budget;
3965
3966         min_budget = bfq_min_budget(bfqd);
3967
3968         if (bfqq->wr_coeff == 1)
3969                 budget = bfqq->max_budget;
3970         else /*
3971               * Use a constant, low budget for weight-raised queues,
3972               * to help achieve a low latency. Keep it slightly higher
3973               * than the minimum possible budget, to cause a little
3974               * bit fewer expirations.
3975               */
3976                 budget = 2 * min_budget;
3977
3978         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "recalc_budg: last budg %d, budg left %d",
3979                 bfqq->entity.budget, bfq_bfqq_budget_left(bfqq));
3980         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "recalc_budg: last max_budg %d, min budg %d",
3981                 budget, bfq_min_budget(bfqd));
3982         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "recalc_budg: sync %d, seeky %d",
3983                 bfq_bfqq_sync(bfqq), BFQQ_SEEKY(bfqd->in_service_queue));
3984
3985         if (bfq_bfqq_sync(bfqq) && bfqq->wr_coeff == 1) {
3986                 switch (reason) {
3987                 /*
3988                  * Caveat: in all the following cases we trade latency
3989                  * for throughput.
3990                  */
3991                 case BFQQE_TOO_IDLE:
3992                         /*
3993                          * This is the only case where we may reduce
3994                          * the budget: if there is no request of the
3995                          * process still waiting for completion, then
3996                          * we assume (tentatively) that the timer has
3997                          * expired because the batch of requests of
3998                          * the process could have been served with a
3999                          * smaller budget.  Hence, betting that
4000                          * process will behave in the same way when it
4001                          * becomes backlogged again, we reduce its
4002                          * next budget.  As long as we guess right,
4003                          * this budget cut reduces the latency
4004                          * experienced by the process.
4005                          *
4006                          * However, if there are still outstanding
4007                          * requests, then the process may have not yet
4008                          * issued its next request just because it is
4009                          * still waiting for the completion of some of
4010                          * the still outstanding ones.  So in this
4011                          * subcase we do not reduce its budget, on the
4012                          * contrary we increase it to possibly boost
4013                          * the throughput, as discussed in the
4014                          * comments to the BUDGET_TIMEOUT case.
4015                          */
4016                         if (bfqq->dispatched > 0) /* still outstanding reqs */
4017                                 budget = min(budget * 2, bfqd->bfq_max_budget);
4018                         else {
4019                                 if (budget > 5 * min_budget)
4020                                         budget -= 4 * min_budget;
4021                                 else
4022                                         budget = min_budget;
4023                         }
4024                         break;
4025                 case BFQQE_BUDGET_TIMEOUT:
4026                         /*
4027                          * We double the budget here because it gives
4028                          * the chance to boost the throughput if this
4029                          * is not a seeky process (and has bumped into
4030                          * this timeout because of, e.g., ZBR).
4031                          */
4032                         budget = min(budget * 2, bfqd->bfq_max_budget);
4033                         break;
4034                 case BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED:
4035                         /*
4036                          * The process still has backlog, and did not
4037                          * let either the budget timeout or the disk
4038                          * idling timeout expire. Hence it is not
4039                          * seeky, has a short thinktime and may be
4040                          * happy with a higher budget too. So
4041                          * definitely increase the budget of this good
4042                          * candidate to boost the disk throughput.
4043                          */
4044                         budget = min(budget * 4, bfqd->bfq_max_budget);
4045                         break;
4046                 case BFQQE_NO_MORE_REQUESTS:
4047                         /*
4048                          * For queues that expire for this reason, it
4049                          * is particularly important to keep the
4050                          * budget close to the actual service they
4051                          * need. Doing so reduces the timestamp
4052                          * misalignment problem described in the
4053                          * comments in the body of
4054                          * __bfq_activate_entity. In fact, suppose
4055                          * that a queue systematically expires for
4056                          * BFQQE_NO_MORE_REQUESTS and presents a
4057                          * new request in time to enjoy timestamp
4058                          * back-shifting. The larger the budget of the
4059                          * queue is with respect to the service the
4060                          * queue actually requests in each service
4061                          * slot, the more times the queue can be
4062                          * reactivated with the same virtual finish
4063                          * time. It follows that, even if this finish
4064                          * time is pushed to the system virtual time
4065                          * to reduce the consequent timestamp
4066                          * misalignment, the queue unjustly enjoys for
4067                          * many re-activations a lower finish time
4068                          * than all newly activated queues.
4069                          *
4070                          * The service needed by bfqq is measured
4071                          * quite precisely by bfqq->entity.service.
4072                          * Since bfqq does not enjoy device idling,
4073                          * bfqq->entity.service is equal to the number
4074                          * of sectors that the process associated with
4075                          * bfqq requested to read/write before waiting
4076                          * for request completions, or blocking for
4077                          * other reasons.
4078                          */
4079                         budget = max_t(int, bfqq->entity.service, min_budget);
4080                         break;
4081                 default:
4082                         return;
4083                 }
4084         } else if (!bfq_bfqq_sync(bfqq)) {
4085                 /*
4086                  * Async queues get always the maximum possible
4087                  * budget, as for them we do not care about latency
4088                  * (in addition, their ability to dispatch is limited
4089                  * by the charging factor).
4090                  */
4091                 budget = bfqd->bfq_max_budget;
4092         }
4093
4094         bfqq->max_budget = budget;
4095
4096         if (bfqd->budgets_assigned >= bfq_stats_min_budgets &&
4097             !bfqd->bfq_user_max_budget)
4098                 bfqq->max_budget = min(bfqq->max_budget, bfqd->bfq_max_budget);
4099
4100         /*
4101          * If there is still backlog, then assign a new budget, making
4102          * sure that it is large enough for the next request.  Since
4103          * the finish time of bfqq must be kept in sync with the
4104          * budget, be sure to call __bfq_bfqq_expire() *after* this
4105          * update.
4106          *
4107          * If there is no backlog, then no need to update the budget;
4108          * it will be updated on the arrival of a new request.
4109          */
4110         next_rq = bfqq->next_rq;
4111         if (next_rq)
4112                 bfqq->entity.budget = max_t(unsigned long, bfqq->max_budget,
4113                                             bfq_serv_to_charge(next_rq, bfqq));
4114
4115         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "head sect: %u, new budget %d",
4116                         next_rq ? blk_rq_sectors(next_rq) : 0,
4117                         bfqq->entity.budget);
4118 }
4119
4120 /*
4121  * Return true if the process associated with bfqq is "slow". The slow
4122  * flag is used, in addition to the budget timeout, to reduce the
4123  * amount of service provided to seeky processes, and thus reduce
4124  * their chances to lower the throughput. More details in the comments
4125  * on the function bfq_bfqq_expire().
4126  *
4127  * An important observation is in order: as discussed in the comments
4128  * on the function bfq_update_peak_rate(), with devices with internal
4129  * queues, it is hard if ever possible to know when and for how long
4130  * an I/O request is processed by the device (apart from the trivial
4131  * I/O pattern where a new request is dispatched only after the
4132  * previous one has been completed). This makes it hard to evaluate
4133  * the real rate at which the I/O requests of each bfq_queue are
4134  * served.  In fact, for an I/O scheduler like BFQ, serving a
4135  * bfq_queue means just dispatching its requests during its service
4136  * slot (i.e., until the budget of the queue is exhausted, or the
4137  * queue remains idle, or, finally, a timeout fires). But, during the
4138  * service slot of a bfq_queue, around 100 ms at most, the device may
4139  * be even still processing requests of bfq_queues served in previous
4140  * service slots. On the opposite end, the requests of the in-service
4141  * bfq_queue may be completed after the service slot of the queue
4142  * finishes.
4143  *
4144  * Anyway, unless more sophisticated solutions are used
4145  * (where possible), the sum of the sizes of the requests dispatched
4146  * during the service slot of a bfq_queue is probably the only
4147  * approximation available for the service received by the bfq_queue
4148  * during its service slot. And this sum is the quantity used in this
4149  * function to evaluate the I/O speed of a process.
4150  */
4151 static bool bfq_bfqq_is_slow(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
4152                                  bool compensate, unsigned long *delta_ms)
4153 {
4154         ktime_t delta_ktime;
4155         u32 delta_usecs;
4156         bool slow = BFQQ_SEEKY(bfqq); /* if delta too short, use seekyness */
4157
4158         if (!bfq_bfqq_sync(bfqq))
4159                 return false;
4160
4161         if (compensate)
4162                 delta_ktime = bfqd->last_idling_start;
4163         else
4164                 delta_ktime = ktime_get();
4165         delta_ktime = ktime_sub(delta_ktime, bfqd->last_budget_start);
4166         delta_usecs = ktime_to_us(delta_ktime);
4167
4168         /* don't use too short time intervals */
4169         if (delta_usecs < 1000) {
4170                 if (blk_queue_nonrot(bfqd->queue))
4171                          /*
4172                           * give same worst-case guarantees as idling
4173                           * for seeky
4174                           */
4175                         *delta_ms = BFQ_MIN_TT / NSEC_PER_MSEC;
4176                 else /* charge at least one seek */
4177                         *delta_ms = bfq_slice_idle / NSEC_PER_MSEC;
4178
4179                 return slow;
4180         }
4181
4182         *delta_ms = delta_usecs / USEC_PER_MSEC;
4183
4184         /*
4185          * Use only long (> 20ms) intervals to filter out excessive
4186          * spikes in service rate estimation.
4187          */
4188         if (delta_usecs > 20000) {
4189                 /*
4190                  * Caveat for rotational devices: processes doing I/O
4191                  * in the slower disk zones tend to be slow(er) even
4192                  * if not seeky. In this respect, the estimated peak
4193                  * rate is likely to be an average over the disk
4194                  * surface. Accordingly, to not be too harsh with
4195                  * unlucky processes, a process is deemed slow only if
4196                  * its rate has been lower than half of the estimated
4197                  * peak rate.
4198                  */
4199                 slow = bfqq->entity.service < bfqd->bfq_max_budget / 2;
4200         }
4201
4202         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "bfq_bfqq_is_slow: slow %d", slow);
4203
4204         return slow;
4205 }
4206
4207 /*
4208  * To be deemed as soft real-time, an application must meet two
4209  * requirements. First, the application must not require an average
4210  * bandwidth higher than the approximate bandwidth required to playback or
4211  * record a compressed high-definition video.
4212  * The next function is invoked on the completion of the last request of a
4213  * batch, to compute the next-start time instant, soft_rt_next_start, such
4214  * that, if the next request of the application does not arrive before
4215  * soft_rt_next_start, then the above requirement on the bandwidth is met.
4216  *
4217  * The second requirement is that the request pattern of the application is
4218  * isochronous, i.e., that, after issuing a request or a batch of requests,
4219  * the application stops issuing new requests until all its pending requests
4220  * have been completed. After that, the application may issue a new batch,
4221  * and so on.
4222  * For this reason the next function is invoked to compute
4223  * soft_rt_next_start only for applications that meet this requirement,
4224  * whereas soft_rt_next_start is set to infinity for applications that do
4225  * not.
4226  *
4227  * Unfortunately, even a greedy (i.e., I/O-bound) application may
4228  * happen to meet, occasionally or systematically, both the above
4229  * bandwidth and isochrony requirements. This may happen at least in
4230  * the following circumstances. First, if the CPU load is high. The
4231  * application may stop issuing requests while the CPUs are busy
4232  * serving other processes, then restart, then stop again for a while,
4233  * and so on. The other circumstances are related to the storage
4234  * device: the storage device is highly loaded or reaches a low-enough
4235  * throughput with the I/O of the application (e.g., because the I/O
4236  * is random and/or the device is slow). In all these cases, the
4237  * I/O of the application may be simply slowed down enough to meet
4238  * the bandwidth and isochrony requirements. To reduce the probability
4239  * that greedy applications are deemed as soft real-time in these
4240  * corner cases, a further rule is used in the computation of
4241  * soft_rt_next_start: the return value of this function is forced to
4242  * be higher than the maximum between the following two quantities.
4243  *
4244  * (a) Current time plus: (1) the maximum time for which the arrival
4245  *     of a request is waited for when a sync queue becomes idle,
4246  *     namely bfqd->bfq_slice_idle, and (2) a few extra jiffies. We
4247  *     postpone for a moment the reason for adding a few extra
4248  *     jiffies; we get back to it after next item (b).  Lower-bounding
4249  *     the return value of this function with the current time plus
4250  *     bfqd->bfq_slice_idle tends to filter out greedy applications,
4251  *     because the latter issue their next request as soon as possible
4252  *     after the last one has been completed. In contrast, a soft
4253  *     real-time application spends some time processing data, after a
4254  *     batch of its requests has been completed.
4255  *
4256  * (b) Current value of bfqq->soft_rt_next_start. As pointed out
4257  *     above, greedy applications may happen to meet both the
4258  *     bandwidth and isochrony requirements under heavy CPU or
4259  *     storage-device load. In more detail, in these scenarios, these
4260  *     applications happen, only for limited time periods, to do I/O
4261  *     slowly enough to meet all the requirements described so far,
4262  *     including the filtering in above item (a). These slow-speed
4263  *     time intervals are usually interspersed between other time
4264  *     intervals during which these applications do I/O at a very high
4265  *     speed. Fortunately, exactly because of the high speed of the
4266  *     I/O in the high-speed intervals, the values returned by this
4267  *     function happen to be so high, near the end of any such
4268  *     high-speed interval, to be likely to fall *after* the end of
4269  *     the low-speed time interval that follows. These high values are
4270  *     stored in bfqq->soft_rt_next_start after each invocation of
4271  *     this function. As a consequence, if the last value of
4272  *     bfqq->soft_rt_next_start is constantly used to lower-bound the
4273  *     next value that this function may return, then, from the very
4274  *     beginning of a low-speed interval, bfqq->soft_rt_next_start is
4275  *     likely to be constantly kept so high that any I/O request
4276  *     issued during the low-speed interval is considered as arriving
4277  *     to soon for the application to be deemed as soft
4278  *     real-time. Then, in the high-speed interval that follows, the
4279  *     application will not be deemed as soft real-time, just because
4280  *     it will do I/O at a high speed. And so on.
4281  *
4282  * Getting back to the filtering in item (a), in the following two
4283  * cases this filtering might be easily passed by a greedy
4284  * application, if the reference quantity was just
4285  * bfqd->bfq_slice_idle:
4286  * 1) HZ is so low that the duration of a jiffy is comparable to or
4287  *    higher than bfqd->bfq_slice_idle. This happens, e.g., on slow
4288  *    devices with HZ=100. The time granularity may be so coarse
4289  *    that the approximation, in jiffies, of bfqd->bfq_slice_idle
4290  *    is rather lower than the exact value.
4291  * 2) jiffies, instead of increasing at a constant rate, may stop increasing
4292  *    for a while, then suddenly 'jump' by several units to recover the lost
4293  *    increments. This seems to happen, e.g., inside virtual machines.
4294  * To address this issue, in the filtering in (a) we do not use as a
4295  * reference time interval just bfqd->bfq_slice_idle, but
4296  * bfqd->bfq_slice_idle plus a few jiffies. In particular, we add the
4297  * minimum number of jiffies for which the filter seems to be quite
4298  * precise also in embedded systems and KVM/QEMU virtual machines.
4299  */
4300 static unsigned long bfq_bfqq_softrt_next_start(struct bfq_data *bfqd,
4301                                                 struct bfq_queue *bfqq)
4302 {
4303         return max3(bfqq->soft_rt_next_start,
4304                     bfqq->last_idle_bklogged +
4305                     HZ * bfqq->service_from_backlogged /
4306                     bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate,
4307                     jiffies + nsecs_to_jiffies(bfqq->bfqd->bfq_slice_idle) + 4);
4308 }
4309
4310 /**
4311  * bfq_bfqq_expire - expire a queue.
4312  * @bfqd: device owning the queue.
4313  * @bfqq: the queue to expire.
4314  * @compensate: if true, compensate for the time spent idling.
4315  * @reason: the reason causing the expiration.
4316  *
4317  * If the process associated with bfqq does slow I/O (e.g., because it
4318  * issues random requests), we charge bfqq with the time it has been
4319  * in service instead of the service it has received (see
4320  * bfq_bfqq_charge_time for details on how this goal is achieved). As
4321  * a consequence, bfqq will typically get higher timestamps upon
4322  * reactivation, and hence it will be rescheduled as if it had
4323  * received more service than what it has actually received. In the
4324  * end, bfqq receives less service in proportion to how slowly its
4325  * associated process consumes its budgets (and hence how seriously it
4326  * tends to lower the throughput). In addition, this time-charging
4327  * strategy guarantees time fairness among slow processes. In
4328  * contrast, if the process associated with bfqq is not slow, we
4329  * charge bfqq exactly with the service it has received.
4330  *
4331  * Charging time to the first type of queues and the exact service to
4332  * the other has the effect of using the WF2Q+ policy to schedule the
4333  * former on a timeslice basis, without violating service domain
4334  * guarantees among the latter.
4335  */
4336 void bfq_bfqq_expire(struct bfq_data *bfqd,
4337                      struct bfq_queue *bfqq,
4338                      bool compensate,
4339                      enum bfqq_expiration reason)
4340 {
4341         bool slow;
4342         unsigned long delta = 0;
4343         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
4344
4345         /*
4346          * Check whether the process is slow (see bfq_bfqq_is_slow).
4347          */
4348         slow = bfq_bfqq_is_slow(bfqd, bfqq, compensate, &delta);
4349
4350         /*
4351          * As above explained, charge slow (typically seeky) and
4352          * timed-out queues with the time and not the service
4353          * received, to favor sequential workloads.
4354          *
4355          * Processes doing I/O in the slower disk zones will tend to
4356          * be slow(er) even if not seeky. Therefore, since the
4357          * estimated peak rate is actually an average over the disk
4358          * surface, these processes may timeout just for bad luck. To
4359          * avoid punishing them, do not charge time to processes that
4360          * succeeded in consuming at least 2/3 of their budget. This
4361          * allows BFQ to preserve enough elasticity to still perform
4362          * bandwidth, and not time, distribution with little unlucky
4363          * or quasi-sequential processes.
4364          */
4365         if (bfqq->wr_coeff == 1 &&
4366             (slow ||
4367              (reason == BFQQE_BUDGET_TIMEOUT &&
4368               bfq_bfqq_budget_left(bfqq) >=  entity->budget / 3)))
4369                 bfq_bfqq_charge_time(bfqd, bfqq, delta);
4370
4371         if (bfqd->low_latency && bfqq->wr_coeff == 1)
4372                 bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
4373
4374         if (bfqd->low_latency && bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate > 0 &&
4375             RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list)) {
4376                 /*
4377                  * If we get here, and there are no outstanding
4378                  * requests, then the request pattern is isochronous
4379                  * (see the comments on the function
4380                  * bfq_bfqq_softrt_next_start()). Therefore we can
4381                  * compute soft_rt_next_start.
4382                  *
4383                  * If, instead, the queue still has outstanding
4384                  * requests, then we have to wait for the completion
4385                  * of all the outstanding requests to discover whether
4386                  * the request pattern is actually isochronous.
4387                  */
4388                 if (bfqq->dispatched == 0)
4389                         bfqq->soft_rt_next_start =
4390                                 bfq_bfqq_softrt_next_start(bfqd, bfqq);
4391                 else if (bfqq->dispatched > 0) {
4392                         /*
4393                          * Schedule an update of soft_rt_next_start to when
4394                          * the task may be discovered to be isochronous.
4395                          */
4396                         bfq_mark_bfqq_softrt_update(bfqq);
4397                 }
4398         }
4399
4400         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq,
4401                 "expire (%d, slow %d, num_disp %d, short_ttime %d)", reason,
4402                 slow, bfqq->dispatched, bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq));
4403
4404         /*
4405          * bfqq expired, so no total service time needs to be computed
4406          * any longer: reset state machine for measuring total service
4407          * times.
4408          */
4409         bfqd->rqs_injected = bfqd->wait_dispatch = false;
4410         bfqd->waited_rq = NULL;
4411
4412         /*
4413          * Increase, decrease or leave budget unchanged according to
4414          * reason.
4415          */
4416         __bfq_bfqq_recalc_budget(bfqd, bfqq, reason);
4417         if (__bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, reason))
4418                 /* bfqq is gone, no more actions on it */
4419                 return;
4420
4421         /* mark bfqq as waiting a request only if a bic still points to it */
4422         if (!bfq_bfqq_busy(bfqq) &&
4423             reason != BFQQE_BUDGET_TIMEOUT &&
4424             reason != BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED) {
4425                 bfq_mark_bfqq_non_blocking_wait_rq(bfqq);
4426                 /*
4427                  * Not setting service to 0, because, if the next rq
4428                  * arrives in time, the queue will go on receiving
4429                  * service with this same budget (as if it never expired)
4430                  */
4431         } else
4432                 entity->service = 0;
4433
4434         /*
4435          * Reset the received-service counter for every parent entity.
4436          * Differently from what happens with bfqq->entity.service,
4437          * the resetting of this counter never needs to be postponed
4438          * for parent entities. In fact, in case bfqq may have a
4439          * chance to go on being served using the last, partially
4440          * consumed budget, bfqq->entity.service needs to be kept,
4441          * because if bfqq then actually goes on being served using
4442          * the same budget, the last value of bfqq->entity.service is
4443          * needed to properly decrement bfqq->entity.budget by the
4444          * portion already consumed. In contrast, it is not necessary
4445          * to keep entity->service for parent entities too, because
4446          * the bubble up of the new value of bfqq->entity.budget will
4447          * make sure that the budgets of parent entities are correct,
4448          * even in case bfqq and thus parent entities go on receiving
4449          * service with the same budget.
4450          */
4451         entity = entity->parent;
4452         for_each_entity(entity)
4453                 entity->service = 0;
4454 }
4455
4456 /*
4457  * Budget timeout is not implemented through a dedicated timer, but
4458  * just checked on request arrivals and completions, as well as on
4459  * idle timer expirations.
4460  */
4461 static bool bfq_bfqq_budget_timeout(struct bfq_queue *bfqq)
4462 {
4463         return time_is_before_eq_jiffies(bfqq->budget_timeout);
4464 }
4465
4466 /*
4467  * If we expire a queue that is actively waiting (i.e., with the
4468  * device idled) for the arrival of a new request, then we may incur
4469  * the timestamp misalignment problem described in the body of the
4470  * function __bfq_activate_entity. Hence we return true only if this
4471  * condition does not hold, or if the queue is slow enough to deserve
4472  * only to be kicked off for preserving a high throughput.
4473  */
4474 static bool bfq_may_expire_for_budg_timeout(struct bfq_queue *bfqq)
4475 {
4476         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq,
4477                 "may_budget_timeout: wait_request %d left %d timeout %d",
4478                 bfq_bfqq_wait_request(bfqq),
4479                         bfq_bfqq_budget_left(bfqq) >=  bfqq->entity.budget / 3,
4480                 bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq));
4481
4482         return (!bfq_bfqq_wait_request(bfqq) ||
4483                 bfq_bfqq_budget_left(bfqq) >=  bfqq->entity.budget / 3)
4484                 &&
4485                 bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq);
4486 }
4487
4488 static bool idling_boosts_thr_without_issues(struct bfq_data *bfqd,
4489                                              struct bfq_queue *bfqq)
4490 {
4491         bool rot_without_queueing =
4492                 !blk_queue_nonrot(bfqd->queue) && !bfqd->hw_tag,
4493                 bfqq_sequential_and_IO_bound,
4494                 idling_boosts_thr;
4495
4496         /* No point in idling for bfqq if it won't get requests any longer */
4497         if (unlikely(!bfqq_process_refs(bfqq)))
4498                 return false;
4499
4500         bfqq_sequential_and_IO_bound = !BFQQ_SEEKY(bfqq) &&
4501                 bfq_bfqq_IO_bound(bfqq) && bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
4502
4503         /*
4504          * The next variable takes into account the cases where idling
4505          * boosts the throughput.
4506          *
4507          * The value of the variable is computed considering, first, that
4508          * idling is virtually always beneficial for the throughput if:
4509          * (a) the device is not NCQ-capable and rotational, or
4510          * (b) regardless of the presence of NCQ, the device is rotational and
4511          *     the request pattern for bfqq is I/O-bound and sequential, or
4512          * (c) regardless of whether it is rotational, the device is
4513          *     not NCQ-capable and the request pattern for bfqq is
4514          *     I/O-bound and sequential.
4515          *
4516          * Secondly, and in contrast to the above item (b), idling an
4517          * NCQ-capable flash-based device would not boost the
4518          * throughput even with sequential I/O; rather it would lower
4519          * the throughput in proportion to how fast the device
4520          * is. Accordingly, the next variable is true if any of the
4521          * above conditions (a), (b) or (c) is true, and, in
4522          * particular, happens to be false if bfqd is an NCQ-capable
4523          * flash-based device.
4524          */
4525         idling_boosts_thr = rot_without_queueing ||
4526                 ((!blk_queue_nonrot(bfqd->queue) || !bfqd->hw_tag) &&
4527                  bfqq_sequential_and_IO_bound);
4528
4529         /*
4530          * The return value of this function is equal to that of
4531          * idling_boosts_thr, unless a special case holds. In this
4532          * special case, described below, idling may cause problems to
4533          * weight-raised queues.
4534          *
4535          * When the request pool is saturated (e.g., in the presence
4536          * of write hogs), if the processes associated with
4537          * non-weight-raised queues ask for requests at a lower rate,
4538          * then processes associated with weight-raised queues have a
4539          * higher probability to get a request from the pool
4540          * immediately (or at least soon) when they need one. Thus
4541          * they have a higher probability to actually get a fraction
4542          * of the device throughput proportional to their high
4543          * weight. This is especially true with NCQ-capable drives,
4544          * which enqueue several requests in advance, and further
4545          * reorder internally-queued requests.
4546          *
4547          * For this reason, we force to false the return value if
4548          * there are weight-raised busy queues. In this case, and if
4549          * bfqq is not weight-raised, this guarantees that the device
4550          * is not idled for bfqq (if, instead, bfqq is weight-raised,
4551          * then idling will be guaranteed by another variable, see
4552          * below). Combined with the timestamping rules of BFQ (see
4553          * [1] for details), this behavior causes bfqq, and hence any
4554          * sync non-weight-raised queue, to get a lower number of
4555          * requests served, and thus to ask for a lower number of
4556          * requests from the request pool, before the busy
4557          * weight-raised queues get served again. This often mitigates
4558          * starvation problems in the presence of heavy write
4559          * workloads and NCQ, thereby guaranteeing a higher
4560          * application and system responsiveness in these hostile
4561          * scenarios.
4562          */
4563         return idling_boosts_thr &&
4564                 bfqd->wr_busy_queues == 0;
4565 }
4566
4567 /*
4568  * For a queue that becomes empty, device idling is allowed only if
4569  * this function returns true for that queue. As a consequence, since
4570  * device idling plays a critical role for both throughput boosting
4571  * and service guarantees, the return value of this function plays a
4572  * critical role as well.
4573  *
4574  * In a nutshell, this function returns true only if idling is
4575  * beneficial for throughput or, even if detrimental for throughput,
4576  * idling is however necessary to preserve service guarantees (low
4577  * latency, desired throughput distribution, ...). In particular, on
4578  * NCQ-capable devices, this function tries to return false, so as to
4579  * help keep the drives' internal queues full, whenever this helps the
4580  * device boost the throughput without causing any service-guarantee
4581  * issue.
4582  *
4583  * Most of the issues taken into account to get the return value of
4584  * this function are not trivial. We discuss these issues in the two
4585  * functions providing the main pieces of information needed by this
4586  * function.
4587  */
4588 static bool bfq_better_to_idle(struct bfq_queue *bfqq)
4589 {
4590         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
4591         bool idling_boosts_thr_with_no_issue, idling_needed_for_service_guar;
4592
4593         /* No point in idling for bfqq if it won't get requests any longer */
4594         if (unlikely(!bfqq_process_refs(bfqq)))
4595                 return false;
4596
4597         if (unlikely(bfqd->strict_guarantees))
4598                 return true;
4599
4600         /*
4601          * Idling is performed only if slice_idle > 0. In addition, we
4602          * do not idle if
4603          * (a) bfqq is async
4604          * (b) bfqq is in the idle io prio class: in this case we do
4605          * not idle because we want to minimize the bandwidth that
4606          * queues in this class can steal to higher-priority queues
4607          */
4608         if (bfqd->bfq_slice_idle == 0 || !bfq_bfqq_sync(bfqq) ||
4609            bfq_class_idle(bfqq))
4610                 return false;
4611
4612         idling_boosts_thr_with_no_issue =
4613                 idling_boosts_thr_without_issues(bfqd, bfqq);
4614
4615         idling_needed_for_service_guar =
4616                 idling_needed_for_service_guarantees(bfqd, bfqq);
4617
4618         /*
4619          * We have now the two components we need to compute the
4620          * return value of the function, which is true only if idling
4621          * either boosts the throughput (without issues), or is
4622          * necessary to preserve service guarantees.
4623          */
4624         return idling_boosts_thr_with_no_issue ||
4625                 idling_needed_for_service_guar;
4626 }
4627
4628 /*
4629  * If the in-service queue is empty but the function bfq_better_to_idle
4630  * returns true, then:
4631  * 1) the queue must remain in service and cannot be expired, and
4632  * 2) the device must be idled to wait for the possible arrival of a new
4633  *    request for the queue.
4634  * See the comments on the function bfq_better_to_idle for the reasons
4635  * why performing device idling is the best choice to boost the throughput
4636  * and preserve service guarantees when bfq_better_to_idle itself
4637  * returns true.
4638  */
4639 static bool bfq_bfqq_must_idle(struct bfq_queue *bfqq)
4640 {
4641         return RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) && bfq_better_to_idle(bfqq);
4642 }
4643
4644 /*
4645  * This function chooses the queue from which to pick the next extra
4646  * I/O request to inject, if it finds a compatible queue. See the
4647  * comments on bfq_update_inject_limit() for details on the injection
4648  * mechanism, and for the definitions of the quantities mentioned
4649  * below.
4650  */
4651 static struct bfq_queue *
4652 bfq_choose_bfqq_for_injection(struct bfq_data *bfqd)
4653 {
4654         struct bfq_queue *bfqq, *in_serv_bfqq = bfqd->in_service_queue;
4655         unsigned int limit = in_serv_bfqq->inject_limit;
4656         int i;
4657
4658         /*
4659          * If
4660          * - bfqq is not weight-raised and therefore does not carry
4661          *   time-critical I/O,
4662          * or
4663          * - regardless of whether bfqq is weight-raised, bfqq has
4664          *   however a long think time, during which it can absorb the
4665          *   effect of an appropriate number of extra I/O requests
4666          *   from other queues (see bfq_update_inject_limit for
4667          *   details on the computation of this number);
4668          * then injection can be performed without restrictions.
4669          */
4670         bool in_serv_always_inject = in_serv_bfqq->wr_coeff == 1 ||
4671                 !bfq_bfqq_has_short_ttime(in_serv_bfqq);
4672
4673         /*
4674          * If
4675          * - the baseline total service time could not be sampled yet,
4676          *   so the inject limit happens to be still 0, and
4677          * - a lot of time has elapsed since the plugging of I/O
4678          *   dispatching started, so drive speed is being wasted
4679          *   significantly;
4680          * then temporarily raise inject limit to one request.
4681          */
4682         if (limit == 0 && in_serv_bfqq->last_serv_time_ns == 0 &&
4683             bfq_bfqq_wait_request(in_serv_bfqq) &&
4684             time_is_before_eq_jiffies(bfqd->last_idling_start_jiffies +
4685                                       bfqd->bfq_slice_idle)
4686                 )
4687                 limit = 1;
4688
4689         if (bfqd->tot_rq_in_driver >= limit)
4690                 return NULL;
4691
4692         /*
4693          * Linear search of the source queue for injection; but, with
4694          * a high probability, very few steps are needed to find a
4695          * candidate queue, i.e., a queue with enough budget left for
4696          * its next request. In fact:
4697          * - BFQ dynamically updates the budget of every queue so as
4698          *   to accommodate the expected backlog of the queue;
4699          * - if a queue gets all its requests dispatched as injected
4700          *   service, then the queue is removed from the active list
4701          *   (and re-added only if it gets new requests, but then it
4702          *   is assigned again enough budget for its new backlog).
4703          */
4704         for (i = 0; i < bfqd->num_actuators; i++) {
4705                 list_for_each_entry(bfqq, &bfqd->active_list[i], bfqq_list)
4706                         if (!RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) &&
4707                                 (in_serv_always_inject || bfqq->wr_coeff > 1) &&
4708                                 bfq_serv_to_charge(bfqq->next_rq, bfqq) <=
4709                                 bfq_bfqq_budget_left(bfqq)) {
4710                         /*
4711                          * Allow for only one large in-flight request
4712                          * on non-rotational devices, for the
4713                          * following reason. On non-rotationl drives,
4714                          * large requests take much longer than
4715                          * smaller requests to be served. In addition,
4716                          * the drive prefers to serve large requests
4717                          * w.r.t. to small ones, if it can choose. So,
4718                          * having more than one large requests queued
4719                          * in the drive may easily make the next first
4720                          * request of the in-service queue wait for so
4721                          * long to break bfqq's service guarantees. On
4722                          * the bright side, large requests let the
4723                          * drive reach a very high throughput, even if
4724                          * there is only one in-flight large request
4725                          * at a time.
4726                          */
4727                         if (blk_queue_nonrot(bfqd->queue) &&
4728                             blk_rq_sectors(bfqq->next_rq) >=
4729                             BFQQ_SECT_THR_NONROT &&
4730                             bfqd->tot_rq_in_driver >= 1)
4731                                 continue;
4732                         else {
4733                                 bfqd->rqs_injected = true;
4734                                 return bfqq;
4735                         }
4736                 }
4737         }
4738
4739         return NULL;
4740 }
4741
4742 static struct bfq_queue *
4743 bfq_find_active_bfqq_for_actuator(struct bfq_data *bfqd, int idx)
4744 {
4745         struct bfq_queue *bfqq;
4746
4747         if (bfqd->in_service_queue &&
4748             bfqd->in_service_queue->actuator_idx == idx)
4749                 return bfqd->in_service_queue;
4750
4751         list_for_each_entry(bfqq, &bfqd->active_list[idx], bfqq_list) {
4752                 if (!RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) &&
4753                         bfq_serv_to_charge(bfqq->next_rq, bfqq) <=
4754                                 bfq_bfqq_budget_left(bfqq)) {
4755                         return bfqq;
4756                 }
4757         }
4758
4759         return NULL;
4760 }
4761
4762 /*
4763  * Perform a linear scan of each actuator, until an actuator is found
4764  * for which the following three conditions hold: the load of the
4765  * actuator is below the threshold (see comments on
4766  * actuator_load_threshold for details) and lower than that of the
4767  * next actuator (comments on this extra condition below), and there
4768  * is a queue that contains I/O for that actuator. On success, return
4769  * that queue.
4770  *
4771  * Performing a plain linear scan entails a prioritization among
4772  * actuators. The extra condition above breaks this prioritization and
4773  * tends to distribute injection uniformly across actuators.
4774  */
4775 static struct bfq_queue *
4776 bfq_find_bfqq_for_underused_actuator(struct bfq_data *bfqd)
4777 {
4778         int i;
4779
4780         for (i = 0 ; i < bfqd->num_actuators; i++) {
4781                 if (bfqd->rq_in_driver[i] < bfqd->actuator_load_threshold &&
4782                     (i == bfqd->num_actuators - 1 ||
4783                      bfqd->rq_in_driver[i] < bfqd->rq_in_driver[i+1])) {
4784                         struct bfq_queue *bfqq =
4785                                 bfq_find_active_bfqq_for_actuator(bfqd, i);
4786
4787                         if (bfqq)
4788                                 return bfqq;
4789                 }
4790         }
4791
4792         return NULL;
4793 }
4794
4795
4796 /*
4797  * Select a queue for service.  If we have a current queue in service,
4798  * check whether to continue servicing it, or retrieve and set a new one.
4799  */
4800 static struct bfq_queue *bfq_select_queue(struct bfq_data *bfqd)
4801 {
4802         struct bfq_queue *bfqq, *inject_bfqq;
4803         struct request *next_rq;
4804         enum bfqq_expiration reason = BFQQE_BUDGET_TIMEOUT;
4805
4806         bfqq = bfqd->in_service_queue;
4807         if (!bfqq)
4808                 goto new_queue;
4809
4810         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "select_queue: already in-service queue");
4811
4812         /*
4813          * Do not expire bfqq for budget timeout if bfqq may be about
4814          * to enjoy device idling. The reason why, in this case, we
4815          * prevent bfqq from expiring is the same as in the comments
4816          * on the case where bfq_bfqq_must_idle() returns true, in
4817          * bfq_completed_request().
4818          */
4819         if (bfq_may_expire_for_budg_timeout(bfqq) &&
4820             !bfq_bfqq_must_idle(bfqq))
4821                 goto expire;
4822
4823 check_queue:
4824         /*
4825          *  If some actuator is underutilized, but the in-service
4826          *  queue does not contain I/O for that actuator, then try to
4827          *  inject I/O for that actuator.
4828          */
4829         inject_bfqq = bfq_find_bfqq_for_underused_actuator(bfqd);
4830         if (inject_bfqq && inject_bfqq != bfqq)
4831                 return inject_bfqq;
4832
4833         /*
4834          * This loop is rarely executed more than once. Even when it
4835          * happens, it is much more convenient to re-execute this loop
4836          * than to return NULL and trigger a new dispatch to get a
4837          * request served.
4838          */
4839         next_rq = bfqq->next_rq;
4840         /*
4841          * If bfqq has requests queued and it has enough budget left to
4842          * serve them, keep the queue, otherwise expire it.
4843          */
4844         if (next_rq) {
4845                 if (bfq_serv_to_charge(next_rq, bfqq) >
4846                         bfq_bfqq_budget_left(bfqq)) {
4847                         /*
4848                          * Expire the queue for budget exhaustion,
4849                          * which makes sure that the next budget is
4850                          * enough to serve the next request, even if
4851                          * it comes from the fifo expired path.
4852                          */
4853                         reason = BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED;
4854                         goto expire;
4855                 } else {
4856                         /*
4857                          * The idle timer may be pending because we may
4858                          * not disable disk idling even when a new request
4859                          * arrives.
4860                          */
4861                         if (bfq_bfqq_wait_request(bfqq)) {
4862                                 /*
4863                                  * If we get here: 1) at least a new request
4864                                  * has arrived but we have not disabled the
4865                                  * timer because the request was too small,
4866                                  * 2) then the block layer has unplugged
4867                                  * the device, causing the dispatch to be
4868                                  * invoked.
4869                                  *
4870                                  * Since the device is unplugged, now the
4871                                  * requests are probably large enough to
4872                                  * provide a reasonable throughput.
4873                                  * So we disable idling.
4874                                  */
4875                                 bfq_clear_bfqq_wait_request(bfqq);
4876                                 hrtimer_try_to_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
4877                         }
4878                         goto keep_queue;
4879                 }
4880         }
4881
4882         /*
4883          * No requests pending. However, if the in-service queue is idling
4884          * for a new request, or has requests waiting for a completion and
4885          * may idle after their completion, then keep it anyway.
4886          *
4887          * Yet, inject service from other queues if it boosts
4888          * throughput and is possible.
4889          */
4890         if (bfq_bfqq_wait_request(bfqq) ||
4891             (bfqq->dispatched != 0 && bfq_better_to_idle(bfqq))) {
4892                 unsigned int act_idx = bfqq->actuator_idx;
4893                 struct bfq_queue *async_bfqq = NULL;
4894                 struct bfq_queue *blocked_bfqq =
4895                         !hlist_empty(&bfqq->woken_list) ?
4896                         container_of(bfqq->woken_list.first,
4897                                      struct bfq_queue,
4898                                      woken_list_node)
4899                         : NULL;
4900
4901                 if (bfqq->bic && bfqq->bic->bfqq[0][act_idx] &&
4902                     bfq_bfqq_busy(bfqq->bic->bfqq[0][act_idx]) &&
4903                     bfqq->bic->bfqq[0][act_idx]->next_rq)
4904                         async_bfqq = bfqq->bic->bfqq[0][act_idx];
4905                 /*
4906                  * The next four mutually-exclusive ifs decide
4907                  * whether to try injection, and choose the queue to
4908                  * pick an I/O request from.
4909                  *
4910                  * The first if checks whether the process associated
4911                  * with bfqq has also async I/O pending. If so, it
4912                  * injects such I/O unconditionally. Injecting async
4913                  * I/O from the same process can cause no harm to the
4914                  * process. On the contrary, it can only increase
4915                  * bandwidth and reduce latency for the process.
4916                  *
4917                  * The second if checks whether there happens to be a
4918                  * non-empty waker queue for bfqq, i.e., a queue whose
4919                  * I/O needs to be completed for bfqq to receive new
4920                  * I/O. This happens, e.g., if bfqq is associated with
4921                  * a process that does some sync. A sync generates
4922                  * extra blocking I/O, which must be completed before
4923                  * the process associated with bfqq can go on with its
4924                  * I/O. If the I/O of the waker queue is not served,
4925                  * then bfqq remains empty, and no I/O is dispatched,
4926                  * until the idle timeout fires for bfqq. This is
4927                  * likely to result in lower bandwidth and higher
4928                  * latencies for bfqq, and in a severe loss of total
4929                  * throughput. The best action to take is therefore to
4930                  * serve the waker queue as soon as possible. So do it
4931                  * (without relying on the third alternative below for
4932                  * eventually serving waker_bfqq's I/O; see the last
4933                  * paragraph for further details). This systematic
4934                  * injection of I/O from the waker queue does not
4935                  * cause any delay to bfqq's I/O. On the contrary,
4936                  * next bfqq's I/O is brought forward dramatically,
4937                  * for it is not blocked for milliseconds.
4938                  *
4939                  * The third if checks whether there is a queue woken
4940                  * by bfqq, and currently with pending I/O. Such a
4941                  * woken queue does not steal bandwidth from bfqq,
4942                  * because it remains soon without I/O if bfqq is not
4943                  * served. So there is virtually no risk of loss of
4944                  * bandwidth for bfqq if this woken queue has I/O
4945                  * dispatched while bfqq is waiting for new I/O.
4946                  *
4947                  * The fourth if checks whether bfqq is a queue for
4948                  * which it is better to avoid injection. It is so if
4949                  * bfqq delivers more throughput when served without
4950                  * any further I/O from other queues in the middle, or
4951                  * if the service times of bfqq's I/O requests both
4952                  * count more than overall throughput, and may be
4953                  * easily increased by injection (this happens if bfqq
4954                  * has a short think time). If none of these
4955                  * conditions holds, then a candidate queue for
4956                  * injection is looked for through
4957                  * bfq_choose_bfqq_for_injection(). Note that the
4958                  * latter may return NULL (for example if the inject
4959                  * limit for bfqq is currently 0).
4960                  *
4961                  * NOTE: motivation for the second alternative
4962                  *
4963                  * Thanks to the way the inject limit is updated in
4964                  * bfq_update_has_short_ttime(), it is rather likely
4965                  * that, if I/O is being plugged for bfqq and the
4966                  * waker queue has pending I/O requests that are
4967                  * blocking bfqq's I/O, then the fourth alternative
4968                  * above lets the waker queue get served before the
4969                  * I/O-plugging timeout fires. So one may deem the
4970                  * second alternative superfluous. It is not, because
4971                  * the fourth alternative may be way less effective in
4972                  * case of a synchronization. For two main
4973                  * reasons. First, throughput may be low because the
4974                  * inject limit may be too low to guarantee the same
4975                  * amount of injected I/O, from the waker queue or
4976                  * other queues, that the second alternative
4977                  * guarantees (the second alternative unconditionally
4978                  * injects a pending I/O request of the waker queue
4979                  * for each bfq_dispatch_request()). Second, with the
4980                  * fourth alternative, the duration of the plugging,
4981                  * i.e., the time before bfqq finally receives new I/O,
4982                  * may not be minimized, because the waker queue may
4983                  * happen to be served only after other queues.
4984                  */
4985                 if (async_bfqq &&
4986                     icq_to_bic(async_bfqq->next_rq->elv.icq) == bfqq->bic &&
4987                     bfq_serv_to_charge(async_bfqq->next_rq, async_bfqq) <=
4988                     bfq_bfqq_budget_left(async_bfqq))
4989                         bfqq = async_bfqq;
4990                 else if (bfqq->waker_bfqq &&
4991                            bfq_bfqq_busy(bfqq->waker_bfqq) &&
4992                            bfqq->waker_bfqq->next_rq &&
4993                            bfq_serv_to_charge(bfqq->waker_bfqq->next_rq,
4994                                               bfqq->waker_bfqq) <=
4995                            bfq_bfqq_budget_left(bfqq->waker_bfqq)
4996                         )
4997                         bfqq = bfqq->waker_bfqq;
4998                 else if (blocked_bfqq &&
4999                            bfq_bfqq_busy(blocked_bfqq) &&
5000                            blocked_bfqq->next_rq &&
5001                            bfq_serv_to_charge(blocked_bfqq->next_rq,
5002                                               blocked_bfqq) <=
5003                            bfq_bfqq_budget_left(blocked_bfqq)
5004                         )
5005                         bfqq = blocked_bfqq;
5006                 else if (!idling_boosts_thr_without_issues(bfqd, bfqq) &&
5007                          (bfqq->wr_coeff == 1 || bfqd->wr_busy_queues > 1 ||
5008                           !bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq)))
5009                         bfqq = bfq_choose_bfqq_for_injection(bfqd);
5010                 else
5011                         bfqq = NULL;
5012
5013                 goto keep_queue;
5014         }
5015
5016         reason = BFQQE_NO_MORE_REQUESTS;
5017 expire:
5018         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false, reason);
5019 new_queue:
5020         bfqq = bfq_set_in_service_queue(bfqd);
5021         if (bfqq) {
5022                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "select_queue: checking new queue");
5023                 goto check_queue;
5024         }
5025 keep_queue:
5026         if (bfqq)
5027                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "select_queue: returned this queue");
5028         else
5029                 bfq_log(bfqd, "select_queue: no queue returned");
5030
5031         return bfqq;
5032 }
5033
5034 static void bfq_update_wr_data(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
5035 {
5036         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
5037
5038         if (bfqq->wr_coeff > 1) { /* queue is being weight-raised */
5039                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq,
5040                         "raising period dur %u/%u msec, old coeff %u, w %d(%d)",
5041                         jiffies_to_msecs(jiffies - bfqq->last_wr_start_finish),
5042                         jiffies_to_msecs(bfqq->wr_cur_max_time),
5043                         bfqq->wr_coeff,
5044                         bfqq->entity.weight, bfqq->entity.orig_weight);
5045
5046                 if (entity->prio_changed)
5047                         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "WARN: pending prio change");
5048
5049                 /*
5050                  * If the queue was activated in a burst, or too much
5051                  * time has elapsed from the beginning of this
5052                  * weight-raising period, then end weight raising.
5053                  */
5054                 if (bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq))
5055                         bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
5056                 else if (time_is_before_jiffies(bfqq->last_wr_start_finish +
5057                                                 bfqq->wr_cur_max_time)) {
5058                         if (bfqq->wr_cur_max_time != bfqd->bfq_wr_rt_max_time ||
5059                         time_is_before_jiffies(bfqq->wr_start_at_switch_to_srt +
5060                                                bfq_wr_duration(bfqd))) {
5061                                 /*
5062                                  * Either in interactive weight
5063                                  * raising, or in soft_rt weight
5064                                  * raising with the
5065                                  * interactive-weight-raising period
5066                                  * elapsed (so no switch back to
5067                                  * interactive weight raising).
5068                                  */
5069                                 bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
5070                         } else { /*
5071                                   * soft_rt finishing while still in
5072                                   * interactive period, switch back to
5073                                   * interactive weight raising
5074                                   */
5075                                 switch_back_to_interactive_wr(bfqq, bfqd);
5076                                 bfqq->entity.prio_changed = 1;
5077                         }
5078                 }
5079                 if (bfqq->wr_coeff > 1 &&
5080                     bfqq->wr_cur_max_time != bfqd->bfq_wr_rt_max_time &&
5081                     bfqq->service_from_wr > max_service_from_wr) {
5082                         /* see comments on max_service_from_wr */
5083                         bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
5084                 }
5085         }
5086         /*
5087          * To improve latency (for this or other queues), immediately
5088          * update weight both if it must be raised and if it must be
5089          * lowered. Since, entity may be on some active tree here, and
5090          * might have a pending change of its ioprio class, invoke
5091          * next function with the last parameter unset (see the
5092          * comments on the function).
5093          */
5094         if ((entity->weight > entity->orig_weight) != (bfqq->wr_coeff > 1))
5095                 __bfq_entity_update_weight_prio(bfq_entity_service_tree(entity),
5096                                                 entity, false);
5097 }
5098
5099 /*
5100  * Dispatch next request from bfqq.
5101  */
5102 static struct request *bfq_dispatch_rq_from_bfqq(struct bfq_data *bfqd,
5103                                                  struct bfq_queue *bfqq)
5104 {
5105         struct request *rq = bfqq->next_rq;
5106         unsigned long service_to_charge;
5107
5108         service_to_charge = bfq_serv_to_charge(rq, bfqq);
5109
5110         bfq_bfqq_served(bfqq, service_to_charge);
5111
5112         if (bfqq == bfqd->in_service_queue && bfqd->wait_dispatch) {
5113                 bfqd->wait_dispatch = false;
5114                 bfqd->waited_rq = rq;
5115         }
5116
5117         bfq_dispatch_remove(bfqd->queue, rq);
5118
5119         if (bfqq != bfqd->in_service_queue)
5120                 return rq;
5121
5122         /*
5123          * If weight raising has to terminate for bfqq, then next
5124          * function causes an immediate update of bfqq's weight,
5125          * without waiting for next activation. As a consequence, on
5126          * expiration, bfqq will be timestamped as if has never been
5127          * weight-raised during this service slot, even if it has
5128          * received part or even most of the service as a
5129          * weight-raised queue. This inflates bfqq's timestamps, which
5130          * is beneficial, as bfqq is then more willing to leave the
5131          * device immediately to possible other weight-raised queues.
5132          */
5133         bfq_update_wr_data(bfqd, bfqq);
5134
5135         /*
5136          * Expire bfqq, pretending that its budget expired, if bfqq
5137          * belongs to CLASS_IDLE and other queues are waiting for
5138          * service.
5139          */
5140         if (bfq_tot_busy_queues(bfqd) > 1 && bfq_class_idle(bfqq))
5141                 bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false, BFQQE_BUDGET_EXHAUSTED);
5142
5143         return rq;
5144 }
5145
5146 static bool bfq_has_work(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
5147 {
5148         struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
5149
5150         /*
5151          * Avoiding lock: a race on bfqd->queued should cause at
5152          * most a call to dispatch for nothing
5153          */
5154         return !list_empty_careful(&bfqd->dispatch) ||
5155                 READ_ONCE(bfqd->queued);
5156 }
5157
5158 static struct request *__bfq_dispatch_request(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
5159 {
5160         struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
5161         struct request *rq = NULL;
5162         struct bfq_queue *bfqq = NULL;
5163
5164         if (!list_empty(&bfqd->dispatch)) {
5165                 rq = list_first_entry(&bfqd->dispatch, struct request,
5166                                       queuelist);
5167                 list_del_init(&rq->queuelist);
5168
5169                 bfqq = RQ_BFQQ(rq);
5170
5171                 if (bfqq) {
5172                         /*
5173                          * Increment counters here, because this
5174                          * dispatch does not follow the standard
5175                          * dispatch flow (where counters are
5176                          * incremented)
5177                          */
5178                         bfqq->dispatched++;
5179
5180                         goto inc_in_driver_start_rq;
5181                 }
5182
5183                 /*
5184                  * We exploit the bfq_finish_requeue_request hook to
5185                  * decrement tot_rq_in_driver, but
5186                  * bfq_finish_requeue_request will not be invoked on
5187                  * this request. So, to avoid unbalance, just start
5188                  * this request, without incrementing tot_rq_in_driver. As
5189                  * a negative consequence, tot_rq_in_driver is deceptively
5190                  * lower than it should be while this request is in
5191                  * service. This may cause bfq_schedule_dispatch to be
5192                  * invoked uselessly.
5193                  *
5194                  * As for implementing an exact solution, the
5195                  * bfq_finish_requeue_request hook, if defined, is
5196                  * probably invoked also on this request. So, by
5197                  * exploiting this hook, we could 1) increment
5198                  * tot_rq_in_driver here, and 2) decrement it in
5199                  * bfq_finish_requeue_request. Such a solution would
5200                  * let the value of the counter be always accurate,
5201                  * but it would entail using an extra interface
5202                  * function. This cost seems higher than the benefit,
5203                  * being the frequency of non-elevator-private
5204                  * requests very low.
5205                  */
5206                 goto start_rq;
5207         }
5208
5209         bfq_log(bfqd, "dispatch requests: %d busy queues",
5210                 bfq_tot_busy_queues(bfqd));
5211
5212         if (bfq_tot_busy_queues(bfqd) == 0)
5213                 goto exit;
5214
5215         /*
5216          * Force device to serve one request at a time if
5217          * strict_guarantees is true. Forcing this service scheme is
5218          * currently the ONLY way to guarantee that the request
5219          * service order enforced by the scheduler is respected by a
5220          * queueing device. Otherwise the device is free even to make
5221          * some unlucky request wait for as long as the device
5222          * wishes.
5223          *
5224          * Of course, serving one request at a time may cause loss of
5225          * throughput.
5226          */
5227         if (bfqd->strict_guarantees && bfqd->tot_rq_in_driver > 0)
5228                 goto exit;
5229
5230         bfqq = bfq_select_queue(bfqd);
5231         if (!bfqq)
5232                 goto exit;
5233
5234         rq = bfq_dispatch_rq_from_bfqq(bfqd, bfqq);
5235
5236         if (rq) {
5237 inc_in_driver_start_rq:
5238                 bfqd->rq_in_driver[bfqq->actuator_idx]++;
5239                 bfqd->tot_rq_in_driver++;
5240 start_rq:
5241                 rq->rq_flags |= RQF_STARTED;
5242         }
5243 exit:
5244         return rq;
5245 }
5246
5247 #ifdef CONFIG_BFQ_CGROUP_DEBUG
5248 static void bfq_update_dispatch_stats(struct request_queue *q,
5249                                       struct request *rq,
5250                                       struct bfq_queue *in_serv_queue,
5251                                       bool idle_timer_disabled)
5252 {
5253         struct bfq_queue *bfqq = rq ? RQ_BFQQ(rq) : NULL;
5254
5255         if (!idle_timer_disabled && !bfqq)
5256                 return;
5257
5258         /*
5259          * rq and bfqq are guaranteed to exist until this function
5260          * ends, for the following reasons. First, rq can be
5261          * dispatched to the device, and then can be completed and
5262          * freed, only after this function ends. Second, rq cannot be
5263          * merged (and thus freed because of a merge) any longer,
5264          * because it has already started. Thus rq cannot be freed
5265          * before this function ends, and, since rq has a reference to
5266          * bfqq, the same guarantee holds for bfqq too.
5267          *
5268          * In addition, the following queue lock guarantees that
5269          * bfqq_group(bfqq) exists as well.
5270          */
5271         spin_lock_irq(&q->queue_lock);
5272         if (idle_timer_disabled)
5273                 /*
5274                  * Since the idle timer has been disabled,
5275                  * in_serv_queue contained some request when
5276                  * __bfq_dispatch_request was invoked above, which
5277                  * implies that rq was picked exactly from
5278                  * in_serv_queue. Thus in_serv_queue == bfqq, and is
5279                  * therefore guaranteed to exist because of the above
5280                  * arguments.
5281                  */
5282                 bfqg_stats_update_idle_time(bfqq_group(in_serv_queue));
5283         if (bfqq) {
5284                 struct bfq_group *bfqg = bfqq_group(bfqq);
5285
5286                 bfqg_stats_update_avg_queue_size(bfqg);
5287                 bfqg_stats_set_start_empty_time(bfqg);
5288                 bfqg_stats_update_io_remove(bfqg, rq->cmd_flags);
5289         }
5290         spin_unlock_irq(&q->queue_lock);
5291 }
5292 #else
5293 static inline void bfq_update_dispatch_stats(struct request_queue *q,
5294                                              struct request *rq,
5295                                              struct bfq_queue *in_serv_queue,
5296                                              bool idle_timer_disabled) {}
5297 #endif /* CONFIG_BFQ_CGROUP_DEBUG */
5298
5299 static struct request *bfq_dispatch_request(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
5300 {
5301         struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
5302         struct request *rq;
5303         struct bfq_queue *in_serv_queue;
5304         bool waiting_rq, idle_timer_disabled = false;
5305
5306         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
5307
5308         in_serv_queue = bfqd->in_service_queue;
5309         waiting_rq = in_serv_queue && bfq_bfqq_wait_request(in_serv_queue);
5310
5311         rq = __bfq_dispatch_request(hctx);
5312         if (in_serv_queue == bfqd->in_service_queue) {
5313                 idle_timer_disabled =
5314                         waiting_rq && !bfq_bfqq_wait_request(in_serv_queue);
5315         }
5316
5317         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
5318         bfq_update_dispatch_stats(hctx->queue, rq,
5319                         idle_timer_disabled ? in_serv_queue : NULL,
5320                                 idle_timer_disabled);
5321
5322         return rq;
5323 }
5324
5325 /*
5326  * Task holds one reference to the queue, dropped when task exits.  Each rq
5327  * in-flight on this queue also holds a reference, dropped when rq is freed.
5328  *
5329  * Scheduler lock must be held here. Recall not to use bfqq after calling
5330  * this function on it.
5331  */
5332 void bfq_put_queue(struct bfq_queue *bfqq)
5333 {
5334         struct bfq_queue *item;
5335         struct hlist_node *n;
5336         struct bfq_group *bfqg = bfqq_group(bfqq);
5337
5338         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "put_queue: %p %d", bfqq, bfqq->ref);
5339
5340         bfqq->ref--;
5341         if (bfqq->ref)
5342                 return;
5343
5344         if (!hlist_unhashed(&bfqq->burst_list_node)) {
5345                 hlist_del_init(&bfqq->burst_list_node);
5346                 /*
5347                  * Decrement also burst size after the removal, if the
5348                  * process associated with bfqq is exiting, and thus
5349                  * does not contribute to the burst any longer. This
5350                  * decrement helps filter out false positives of large
5351                  * bursts, when some short-lived process (often due to
5352                  * the execution of commands by some service) happens
5353                  * to start and exit while a complex application is
5354                  * starting, and thus spawning several processes that
5355                  * do I/O (and that *must not* be treated as a large
5356                  * burst, see comments on bfq_handle_burst).
5357                  *
5358                  * In particular, the decrement is performed only if:
5359                  * 1) bfqq is not a merged queue, because, if it is,
5360                  * then this free of bfqq is not triggered by the exit
5361                  * of the process bfqq is associated with, but exactly
5362                  * by the fact that bfqq has just been merged.
5363                  * 2) burst_size is greater than 0, to handle
5364                  * unbalanced decrements. Unbalanced decrements may
5365                  * happen in te following case: bfqq is inserted into
5366                  * the current burst list--without incrementing
5367                  * bust_size--because of a split, but the current
5368                  * burst list is not the burst list bfqq belonged to
5369                  * (see comments on the case of a split in
5370                  * bfq_set_request).
5371                  */
5372                 if (bfqq->bic && bfqq->bfqd->burst_size > 0)
5373                         bfqq->bfqd->burst_size--;
5374         }
5375
5376         /*
5377          * bfqq does not exist any longer, so it cannot be woken by
5378          * any other queue, and cannot wake any other queue. Then bfqq
5379          * must be removed from the woken list of its possible waker
5380          * queue, and all queues in the woken list of bfqq must stop
5381          * having a waker queue. Strictly speaking, these updates
5382          * should be performed when bfqq remains with no I/O source
5383          * attached to it, which happens before bfqq gets freed. In
5384          * particular, this happens when the last process associated
5385          * with bfqq exits or gets associated with a different
5386          * queue. However, both events lead to bfqq being freed soon,
5387          * and dangling references would come out only after bfqq gets
5388          * freed. So these updates are done here, as a simple and safe
5389          * way to handle all cases.
5390          */
5391         /* remove bfqq from woken list */
5392         if (!hlist_unhashed(&bfqq->woken_list_node))
5393                 hlist_del_init(&bfqq->woken_list_node);
5394
5395         /* reset waker for all queues in woken list */
5396         hlist_for_each_entry_safe(item, n, &bfqq->woken_list,
5397                                   woken_list_node) {
5398                 item->waker_bfqq = NULL;
5399                 hlist_del_init(&item->woken_list_node);
5400         }
5401
5402         if (bfqq->bfqd->last_completed_rq_bfqq == bfqq)
5403                 bfqq->bfqd->last_completed_rq_bfqq = NULL;
5404
5405         kmem_cache_free(bfq_pool, bfqq);
5406         bfqg_and_blkg_put(bfqg);
5407 }
5408
5409 static void bfq_put_stable_ref(struct bfq_queue *bfqq)
5410 {
5411         bfqq->stable_ref--;
5412         bfq_put_queue(bfqq);
5413 }
5414
5415 void bfq_put_cooperator(struct bfq_queue *bfqq)
5416 {
5417         struct bfq_queue *__bfqq, *next;
5418
5419         /*
5420          * If this queue was scheduled to merge with another queue, be
5421          * sure to drop the reference taken on that queue (and others in
5422          * the merge chain). See bfq_setup_merge and bfq_merge_bfqqs.
5423          */
5424         __bfqq = bfqq->new_bfqq;
5425         while (__bfqq) {
5426                 next = __bfqq->new_bfqq;
5427                 bfq_put_queue(__bfqq);
5428                 __bfqq = next;
5429         }
5430 }
5431
5432 static void bfq_exit_bfqq(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
5433 {
5434         if (bfqq == bfqd->in_service_queue) {
5435                 __bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, BFQQE_BUDGET_TIMEOUT);
5436                 bfq_schedule_dispatch(bfqd);
5437         }
5438
5439         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "exit_bfqq: %p, %d", bfqq, bfqq->ref);
5440
5441         bfq_put_cooperator(bfqq);
5442
5443         bfq_release_process_ref(bfqd, bfqq);
5444 }
5445
5446 static void bfq_exit_icq_bfqq(struct bfq_io_cq *bic, bool is_sync,
5447                               unsigned int actuator_idx)
5448 {
5449         struct bfq_queue *bfqq = bic_to_bfqq(bic, is_sync, actuator_idx);
5450         struct bfq_data *bfqd;
5451
5452         if (bfqq)
5453                 bfqd = bfqq->bfqd; /* NULL if scheduler already exited */
5454
5455         if (bfqq && bfqd) {
5456                 bic_set_bfqq(bic, NULL, is_sync, actuator_idx);
5457                 bfq_exit_bfqq(bfqd, bfqq);
5458         }
5459 }
5460
5461 static void bfq_exit_icq(struct io_cq *icq)
5462 {
5463         struct bfq_io_cq *bic = icq_to_bic(icq);
5464         struct bfq_data *bfqd = bic_to_bfqd(bic);
5465         unsigned long flags;
5466         unsigned int act_idx;
5467         /*
5468          * If bfqd and thus bfqd->num_actuators is not available any
5469          * longer, then cycle over all possible per-actuator bfqqs in
5470          * next loop. We rely on bic being zeroed on creation, and
5471          * therefore on its unused per-actuator fields being NULL.
5472          */
5473         unsigned int num_actuators = BFQ_MAX_ACTUATORS;
5474         struct bfq_iocq_bfqq_data *bfqq_data = bic->bfqq_data;
5475
5476         /*
5477          * bfqd is NULL if scheduler already exited, and in that case
5478          * this is the last time these queues are accessed.
5479          */
5480         if (bfqd) {
5481                 spin_lock_irqsave(&bfqd->lock, flags);
5482                 num_actuators = bfqd->num_actuators;
5483         }
5484
5485         for (act_idx = 0; act_idx < num_actuators; act_idx++) {
5486                 if (bfqq_data[act_idx].stable_merge_bfqq)
5487                         bfq_put_stable_ref(bfqq_data[act_idx].stable_merge_bfqq);
5488
5489                 bfq_exit_icq_bfqq(bic, true, act_idx);
5490                 bfq_exit_icq_bfqq(bic, false, act_idx);
5491         }
5492
5493         if (bfqd)
5494                 spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
5495 }
5496
5497 /*
5498  * Update the entity prio values; note that the new values will not
5499  * be used until the next (re)activation.
5500  */
5501 static void
5502 bfq_set_next_ioprio_data(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_io_cq *bic)
5503 {
5504         struct task_struct *tsk = current;
5505         int ioprio_class;
5506         struct bfq_data *bfqd = bfqq->bfqd;
5507
5508         if (!bfqd)
5509                 return;
5510
5511         ioprio_class = IOPRIO_PRIO_CLASS(bic->ioprio);
5512         switch (ioprio_class) {
5513         default:
5514                 pr_err("bdi %s: bfq: bad prio class %d\n",
5515                         bdi_dev_name(bfqq->bfqd->queue->disk->bdi),
5516                         ioprio_class);
5517                 fallthrough;
5518         case IOPRIO_CLASS_NONE:
5519                 /*
5520                  * No prio set, inherit CPU scheduling settings.
5521                  */
5522                 bfqq->new_ioprio = task_nice_ioprio(tsk);
5523                 bfqq->new_ioprio_class = task_nice_ioclass(tsk);
5524                 break;
5525         case IOPRIO_CLASS_RT:
5526                 bfqq->new_ioprio = IOPRIO_PRIO_DATA(bic->ioprio);
5527                 bfqq->new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_RT;
5528                 break;
5529         case IOPRIO_CLASS_BE:
5530                 bfqq->new_ioprio = IOPRIO_PRIO_DATA(bic->ioprio);
5531                 bfqq->new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_BE;
5532                 break;
5533         case IOPRIO_CLASS_IDLE:
5534                 bfqq->new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_IDLE;
5535                 bfqq->new_ioprio = 7;
5536                 break;
5537         }
5538
5539         if (bfqq->new_ioprio >= IOPRIO_NR_LEVELS) {
5540                 pr_crit("bfq_set_next_ioprio_data: new_ioprio %d\n",
5541                         bfqq->new_ioprio);
5542                 bfqq->new_ioprio = IOPRIO_NR_LEVELS - 1;
5543         }
5544
5545         bfqq->entity.new_weight = bfq_ioprio_to_weight(bfqq->new_ioprio);
5546         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "new_ioprio %d new_weight %d",
5547                      bfqq->new_ioprio, bfqq->entity.new_weight);
5548         bfqq->entity.prio_changed = 1;
5549 }
5550
5551 static struct bfq_queue *bfq_get_queue(struct bfq_data *bfqd,
5552                                        struct bio *bio, bool is_sync,
5553                                        struct bfq_io_cq *bic,
5554                                        bool respawn);
5555
5556 static void bfq_check_ioprio_change(struct bfq_io_cq *bic, struct bio *bio)
5557 {
5558         struct bfq_data *bfqd = bic_to_bfqd(bic);
5559         struct bfq_queue *bfqq;
5560         int ioprio = bic->icq.ioc->ioprio;
5561
5562         /*
5563          * This condition may trigger on a newly created bic, be sure to
5564          * drop the lock before returning.
5565          */
5566         if (unlikely(!bfqd) || likely(bic->ioprio == ioprio))
5567                 return;
5568
5569         bic->ioprio = ioprio;
5570
5571         bfqq = bic_to_bfqq(bic, false, bfq_actuator_index(bfqd, bio));
5572         if (bfqq) {
5573                 struct bfq_queue *old_bfqq = bfqq;
5574
5575                 bfqq = bfq_get_queue(bfqd, bio, false, bic, true);
5576                 bic_set_bfqq(bic, bfqq, false, bfq_actuator_index(bfqd, bio));
5577                 bfq_release_process_ref(bfqd, old_bfqq);
5578         }
5579
5580         bfqq = bic_to_bfqq(bic, true, bfq_actuator_index(bfqd, bio));
5581         if (bfqq)
5582                 bfq_set_next_ioprio_data(bfqq, bic);
5583 }
5584
5585 static void bfq_init_bfqq(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
5586                           struct bfq_io_cq *bic, pid_t pid, int is_sync,
5587                           unsigned int act_idx)
5588 {
5589         u64 now_ns = ktime_get_ns();
5590
5591         bfqq->actuator_idx = act_idx;
5592         RB_CLEAR_NODE(&bfqq->entity.rb_node);
5593         INIT_LIST_HEAD(&bfqq->fifo);
5594         INIT_HLIST_NODE(&bfqq->burst_list_node);
5595         INIT_HLIST_NODE(&bfqq->woken_list_node);
5596         INIT_HLIST_HEAD(&bfqq->woken_list);
5597
5598         bfqq->ref = 0;
5599         bfqq->bfqd = bfqd;
5600
5601         if (bic)
5602                 bfq_set_next_ioprio_data(bfqq, bic);
5603
5604         if (is_sync) {
5605                 /*
5606                  * No need to mark as has_short_ttime if in
5607                  * idle_class, because no device idling is performed
5608                  * for queues in idle class
5609                  */
5610                 if (!bfq_class_idle(bfqq))
5611                         /* tentatively mark as has_short_ttime */
5612                         bfq_mark_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
5613                 bfq_mark_bfqq_sync(bfqq);
5614                 bfq_mark_bfqq_just_created(bfqq);
5615         } else
5616                 bfq_clear_bfqq_sync(bfqq);
5617
5618         /* set end request to minus infinity from now */
5619         bfqq->ttime.last_end_request = now_ns + 1;
5620
5621         bfqq->creation_time = jiffies;
5622
5623         bfqq->io_start_time = now_ns;
5624
5625         bfq_mark_bfqq_IO_bound(bfqq);
5626
5627         bfqq->pid = pid;
5628
5629         /* Tentative initial value to trade off between thr and lat */
5630         bfqq->max_budget = (2 * bfq_max_budget(bfqd)) / 3;
5631         bfqq->budget_timeout = bfq_smallest_from_now();
5632
5633         bfqq->wr_coeff = 1;
5634         bfqq->last_wr_start_finish = jiffies;
5635         bfqq->wr_start_at_switch_to_srt = bfq_smallest_from_now();
5636         bfqq->split_time = bfq_smallest_from_now();
5637
5638         /*
5639          * To not forget the possibly high bandwidth consumed by a
5640          * process/queue in the recent past,
5641          * bfq_bfqq_softrt_next_start() returns a value at least equal
5642          * to the current value of bfqq->soft_rt_next_start (see
5643          * comments on bfq_bfqq_softrt_next_start).  Set
5644          * soft_rt_next_start to now, to mean that bfqq has consumed
5645          * no bandwidth so far.
5646          */
5647         bfqq->soft_rt_next_start = jiffies;
5648
5649         /* first request is almost certainly seeky */
5650         bfqq->seek_history = 1;
5651
5652         bfqq->decrease_time_jif = jiffies;
5653 }
5654
5655 static struct bfq_queue **bfq_async_queue_prio(struct bfq_data *bfqd,
5656                                                struct bfq_group *bfqg,
5657                                                int ioprio_class, int ioprio, int act_idx)
5658 {
5659         switch (ioprio_class) {
5660         case IOPRIO_CLASS_RT:
5661                 return &bfqg->async_bfqq[0][ioprio][act_idx];
5662         case IOPRIO_CLASS_NONE:
5663                 ioprio = IOPRIO_BE_NORM;
5664                 fallthrough;
5665         case IOPRIO_CLASS_BE:
5666                 return &bfqg->async_bfqq[1][ioprio][act_idx];
5667         case IOPRIO_CLASS_IDLE:
5668                 return &bfqg->async_idle_bfqq[act_idx];
5669         default:
5670                 return NULL;
5671         }
5672 }
5673
5674 static struct bfq_queue *
5675 bfq_do_early_stable_merge(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
5676                           struct bfq_io_cq *bic,
5677                           struct bfq_queue *last_bfqq_created)
5678 {
5679         unsigned int a_idx = last_bfqq_created->actuator_idx;
5680         struct bfq_queue *new_bfqq =
5681                 bfq_setup_merge(bfqq, last_bfqq_created);
5682
5683         if (!new_bfqq)
5684                 return bfqq;
5685
5686         if (new_bfqq->bic)
5687                 new_bfqq->bic->bfqq_data[a_idx].stably_merged = true;
5688         bic->bfqq_data[a_idx].stably_merged = true;
5689
5690         /*
5691          * Reusing merge functions. This implies that
5692          * bfqq->bic must be set too, for
5693          * bfq_merge_bfqqs to correctly save bfqq's
5694          * state before killing it.
5695          */
5696         bfqq->bic = bic;
5697         bfq_merge_bfqqs(bfqd, bic, bfqq, new_bfqq);
5698
5699         return new_bfqq;
5700 }
5701
5702 /*
5703  * Many throughput-sensitive workloads are made of several parallel
5704  * I/O flows, with all flows generated by the same application, or
5705  * more generically by the same task (e.g., system boot). The most
5706  * counterproductive action with these workloads is plugging I/O
5707  * dispatch when one of the bfq_queues associated with these flows
5708  * remains temporarily empty.
5709  *
5710  * To avoid this plugging, BFQ has been using a burst-handling
5711  * mechanism for years now. This mechanism has proven effective for
5712  * throughput, and not detrimental for service guarantees. The
5713  * following function pushes this mechanism a little bit further,
5714  * basing on the following two facts.
5715  *
5716  * First, all the I/O flows of a the same application or task
5717  * contribute to the execution/completion of that common application
5718  * or task. So the performance figures that matter are total
5719  * throughput of the flows and task-wide I/O latency.  In particular,
5720  * these flows do not need to be protected from each other, in terms
5721  * of individual bandwidth or latency.
5722  *
5723  * Second, the above fact holds regardless of the number of flows.
5724  *
5725  * Putting these two facts together, this commits merges stably the
5726  * bfq_queues associated with these I/O flows, i.e., with the
5727  * processes that generate these IO/ flows, regardless of how many the
5728  * involved processes are.
5729  *
5730  * To decide whether a set of bfq_queues is actually associated with
5731  * the I/O flows of a common application or task, and to merge these
5732  * queues stably, this function operates as follows: given a bfq_queue,
5733  * say Q2, currently being created, and the last bfq_queue, say Q1,
5734  * created before Q2, Q2 is merged stably with Q1 if
5735  * - very little time has elapsed since when Q1 was created
5736  * - Q2 has the same ioprio as Q1
5737  * - Q2 belongs to the same group as Q1
5738  *
5739  * Merging bfq_queues also reduces scheduling overhead. A fio test
5740  * with ten random readers on /dev/nullb shows a throughput boost of
5741  * 40%, with a quadcore. Since BFQ's execution time amounts to ~50% of
5742  * the total per-request processing time, the above throughput boost
5743  * implies that BFQ's overhead is reduced by more than 50%.
5744  *
5745  * This new mechanism most certainly obsoletes the current
5746  * burst-handling heuristics. We keep those heuristics for the moment.
5747  */
5748 static struct bfq_queue *bfq_do_or_sched_stable_merge(struct bfq_data *bfqd,
5749                                                       struct bfq_queue *bfqq,
5750                                                       struct bfq_io_cq *bic)
5751 {
5752         struct bfq_queue **source_bfqq = bfqq->entity.parent ?
5753                 &bfqq->entity.parent->last_bfqq_created :
5754                 &bfqd->last_bfqq_created;
5755
5756         struct bfq_queue *last_bfqq_created = *source_bfqq;
5757
5758         /*
5759          * If last_bfqq_created has not been set yet, then init it. If
5760          * it has been set already, but too long ago, then move it
5761          * forward to bfqq. Finally, move also if bfqq belongs to a
5762          * different group than last_bfqq_created, or if bfqq has a
5763          * different ioprio, ioprio_class or actuator_idx. If none of
5764          * these conditions holds true, then try an early stable merge
5765          * or schedule a delayed stable merge. As for the condition on
5766          * actuator_idx, the reason is that, if queues associated with
5767          * different actuators are merged, then control is lost on
5768          * each actuator. Therefore some actuator may be
5769          * underutilized, and throughput may decrease.
5770          *
5771          * A delayed merge is scheduled (instead of performing an
5772          * early merge), in case bfqq might soon prove to be more
5773          * throughput-beneficial if not merged. Currently this is
5774          * possible only if bfqd is rotational with no queueing. For
5775          * such a drive, not merging bfqq is better for throughput if
5776          * bfqq happens to contain sequential I/O. So, we wait a
5777          * little bit for enough I/O to flow through bfqq. After that,
5778          * if such an I/O is sequential, then the merge is
5779          * canceled. Otherwise the merge is finally performed.
5780          */
5781         if (!last_bfqq_created ||
5782             time_before(last_bfqq_created->creation_time +
5783                         msecs_to_jiffies(bfq_activation_stable_merging),
5784                         bfqq->creation_time) ||
5785                 bfqq->entity.parent != last_bfqq_created->entity.parent ||
5786                 bfqq->ioprio != last_bfqq_created->ioprio ||
5787                 bfqq->ioprio_class != last_bfqq_created->ioprio_class ||
5788                 bfqq->actuator_idx != last_bfqq_created->actuator_idx)
5789                 *source_bfqq = bfqq;
5790         else if (time_after_eq(last_bfqq_created->creation_time +
5791                                  bfqd->bfq_burst_interval,
5792                                  bfqq->creation_time)) {
5793                 if (likely(bfqd->nonrot_with_queueing))
5794                         /*
5795                          * With this type of drive, leaving
5796                          * bfqq alone may provide no
5797                          * throughput benefits compared with
5798                          * merging bfqq. So merge bfqq now.
5799                          */
5800                         bfqq = bfq_do_early_stable_merge(bfqd, bfqq,
5801                                                          bic,
5802                                                          last_bfqq_created);
5803                 else { /* schedule tentative stable merge */
5804                         /*
5805                          * get reference on last_bfqq_created,
5806                          * to prevent it from being freed,
5807                          * until we decide whether to merge
5808                          */
5809                         last_bfqq_created->ref++;
5810                         /*
5811                          * need to keep track of stable refs, to
5812                          * compute process refs correctly
5813                          */
5814                         last_bfqq_created->stable_ref++;
5815                         /*
5816                          * Record the bfqq to merge to.
5817                          */
5818                         bic->bfqq_data[last_bfqq_created->actuator_idx].stable_merge_bfqq =
5819                                 last_bfqq_created;
5820                 }
5821         }
5822
5823         return bfqq;
5824 }
5825
5826
5827 static struct bfq_queue *bfq_get_queue(struct bfq_data *bfqd,
5828                                        struct bio *bio, bool is_sync,
5829                                        struct bfq_io_cq *bic,
5830                                        bool respawn)
5831 {
5832         const int ioprio = IOPRIO_PRIO_DATA(bic->ioprio);
5833         const int ioprio_class = IOPRIO_PRIO_CLASS(bic->ioprio);
5834         struct bfq_queue **async_bfqq = NULL;
5835         struct bfq_queue *bfqq;
5836         struct bfq_group *bfqg;
5837
5838         bfqg = bfq_bio_bfqg(bfqd, bio);
5839         if (!is_sync) {
5840                 async_bfqq = bfq_async_queue_prio(bfqd, bfqg, ioprio_class,
5841                                                   ioprio,
5842                                                   bfq_actuator_index(bfqd, bio));
5843                 bfqq = *async_bfqq;
5844                 if (bfqq)
5845                         goto out;
5846         }
5847
5848         bfqq = kmem_cache_alloc_node(bfq_pool,
5849                                      GFP_NOWAIT | __GFP_ZERO | __GFP_NOWARN,
5850                                      bfqd->queue->node);
5851
5852         if (bfqq) {
5853                 bfq_init_bfqq(bfqd, bfqq, bic, current->pid,
5854                               is_sync, bfq_actuator_index(bfqd, bio));
5855                 bfq_init_entity(&bfqq->entity, bfqg);
5856                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "allocated");
5857         } else {
5858                 bfqq = &bfqd->oom_bfqq;
5859                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "using oom bfqq");
5860                 goto out;
5861         }
5862
5863         /*
5864          * Pin the queue now that it's allocated, scheduler exit will
5865          * prune it.
5866          */
5867         if (async_bfqq) {
5868                 bfqq->ref++; /*
5869                               * Extra group reference, w.r.t. sync
5870                               * queue. This extra reference is removed
5871                               * only if bfqq->bfqg disappears, to
5872                               * guarantee that this queue is not freed
5873                               * until its group goes away.
5874                               */
5875                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "get_queue, bfqq not in async: %p, %d",
5876                              bfqq, bfqq->ref);
5877                 *async_bfqq = bfqq;
5878         }
5879
5880 out:
5881         bfqq->ref++; /* get a process reference to this queue */
5882
5883         if (bfqq != &bfqd->oom_bfqq && is_sync && !respawn)
5884                 bfqq = bfq_do_or_sched_stable_merge(bfqd, bfqq, bic);
5885         return bfqq;
5886 }
5887
5888 static void bfq_update_io_thinktime(struct bfq_data *bfqd,
5889                                     struct bfq_queue *bfqq)
5890 {
5891         struct bfq_ttime *ttime = &bfqq->ttime;
5892         u64 elapsed;
5893
5894         /*
5895          * We are really interested in how long it takes for the queue to
5896          * become busy when there is no outstanding IO for this queue. So
5897          * ignore cases when the bfq queue has already IO queued.
5898          */
5899         if (bfqq->dispatched || bfq_bfqq_busy(bfqq))
5900                 return;
5901         elapsed = ktime_get_ns() - bfqq->ttime.last_end_request;
5902         elapsed = min_t(u64, elapsed, 2ULL * bfqd->bfq_slice_idle);
5903
5904         ttime->ttime_samples = (7*ttime->ttime_samples + 256) / 8;
5905         ttime->ttime_total = div_u64(7*ttime->ttime_total + 256*elapsed,  8);
5906         ttime->ttime_mean = div64_ul(ttime->ttime_total + 128,
5907                                      ttime->ttime_samples);
5908 }
5909
5910 static void
5911 bfq_update_io_seektime(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
5912                        struct request *rq)
5913 {
5914         bfqq->seek_history <<= 1;
5915         bfqq->seek_history |= BFQ_RQ_SEEKY(bfqd, bfqq->last_request_pos, rq);
5916
5917         if (bfqq->wr_coeff > 1 &&
5918             bfqq->wr_cur_max_time == bfqd->bfq_wr_rt_max_time &&
5919             BFQQ_TOTALLY_SEEKY(bfqq)) {
5920                 if (time_is_before_jiffies(bfqq->wr_start_at_switch_to_srt +
5921                                            bfq_wr_duration(bfqd))) {
5922                         /*
5923                          * In soft_rt weight raising with the
5924                          * interactive-weight-raising period
5925                          * elapsed (so no switch back to
5926                          * interactive weight raising).
5927                          */
5928                         bfq_bfqq_end_wr(bfqq);
5929                 } else { /*
5930                           * stopping soft_rt weight raising
5931                           * while still in interactive period,
5932                           * switch back to interactive weight
5933                           * raising
5934                           */
5935                         switch_back_to_interactive_wr(bfqq, bfqd);
5936                         bfqq->entity.prio_changed = 1;
5937                 }
5938         }
5939 }
5940
5941 static void bfq_update_has_short_ttime(struct bfq_data *bfqd,
5942                                        struct bfq_queue *bfqq,
5943                                        struct bfq_io_cq *bic)
5944 {
5945         bool has_short_ttime = true, state_changed;
5946
5947         /*
5948          * No need to update has_short_ttime if bfqq is async or in
5949          * idle io prio class, or if bfq_slice_idle is zero, because
5950          * no device idling is performed for bfqq in this case.
5951          */
5952         if (!bfq_bfqq_sync(bfqq) || bfq_class_idle(bfqq) ||
5953             bfqd->bfq_slice_idle == 0)
5954                 return;
5955
5956         /* Idle window just restored, statistics are meaningless. */
5957         if (time_is_after_eq_jiffies(bfqq->split_time +
5958                                      bfqd->bfq_wr_min_idle_time))
5959                 return;
5960
5961         /* Think time is infinite if no process is linked to
5962          * bfqq. Otherwise check average think time to decide whether
5963          * to mark as has_short_ttime. To this goal, compare average
5964          * think time with half the I/O-plugging timeout.
5965          */
5966         if (atomic_read(&bic->icq.ioc->active_ref) == 0 ||
5967             (bfq_sample_valid(bfqq->ttime.ttime_samples) &&
5968              bfqq->ttime.ttime_mean > bfqd->bfq_slice_idle>>1))
5969                 has_short_ttime = false;
5970
5971         state_changed = has_short_ttime != bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
5972
5973         if (has_short_ttime)
5974                 bfq_mark_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
5975         else
5976                 bfq_clear_bfqq_has_short_ttime(bfqq);
5977
5978         /*
5979          * Until the base value for the total service time gets
5980          * finally computed for bfqq, the inject limit does depend on
5981          * the think-time state (short|long). In particular, the limit
5982          * is 0 or 1 if the think time is deemed, respectively, as
5983          * short or long (details in the comments in
5984          * bfq_update_inject_limit()). Accordingly, the next
5985          * instructions reset the inject limit if the think-time state
5986          * has changed and the above base value is still to be
5987          * computed.
5988          *
5989          * However, the reset is performed only if more than 100 ms
5990          * have elapsed since the last update of the inject limit, or
5991          * (inclusive) if the change is from short to long think
5992          * time. The reason for this waiting is as follows.
5993          *
5994          * bfqq may have a long think time because of a
5995          * synchronization with some other queue, i.e., because the
5996          * I/O of some other queue may need to be completed for bfqq
5997          * to receive new I/O. Details in the comments on the choice
5998          * of the queue for injection in bfq_select_queue().
5999          *
6000          * As stressed in those comments, if such a synchronization is
6001          * actually in place, then, without injection on bfqq, the
6002          * blocking I/O cannot happen to served while bfqq is in
6003          * service. As a consequence, if bfqq is granted
6004          * I/O-dispatch-plugging, then bfqq remains empty, and no I/O
6005          * is dispatched, until the idle timeout fires. This is likely
6006          * to result in lower bandwidth and higher latencies for bfqq,
6007          * and in a severe loss of total throughput.
6008          *
6009          * On the opposite end, a non-zero inject limit may allow the
6010          * I/O that blocks bfqq to be executed soon, and therefore
6011          * bfqq to receive new I/O soon.
6012          *
6013          * But, if the blocking gets actually eliminated, then the
6014          * next think-time sample for bfqq may be very low. This in
6015          * turn may cause bfqq's think time to be deemed
6016          * short. Without the 100 ms barrier, this new state change
6017          * would cause the body of the next if to be executed
6018          * immediately. But this would set to 0 the inject
6019          * limit. Without injection, the blocking I/O would cause the
6020          * think time of bfqq to become long again, and therefore the
6021          * inject limit to be raised again, and so on. The only effect
6022          * of such a steady oscillation between the two think-time
6023          * states would be to prevent effective injection on bfqq.
6024          *
6025          * In contrast, if the inject limit is not reset during such a
6026          * long time interval as 100 ms, then the number of short
6027          * think time samples can grow significantly before the reset
6028          * is performed. As a consequence, the think time state can
6029          * become stable before the reset. Therefore there will be no
6030          * state change when the 100 ms elapse, and no reset of the
6031          * inject limit. The inject limit remains steadily equal to 1
6032          * both during and after the 100 ms. So injection can be
6033          * performed at all times, and throughput gets boosted.
6034          *
6035          * An inject limit equal to 1 is however in conflict, in
6036          * general, with the fact that the think time of bfqq is
6037          * short, because injection may be likely to delay bfqq's I/O
6038          * (as explained in the comments in
6039          * bfq_update_inject_limit()). But this does not happen in
6040          * this special case, because bfqq's low think time is due to
6041          * an effective handling of a synchronization, through
6042          * injection. In this special case, bfqq's I/O does not get
6043          * delayed by injection; on the contrary, bfqq's I/O is
6044          * brought forward, because it is not blocked for
6045          * milliseconds.
6046          *
6047          * In addition, serving the blocking I/O much sooner, and much
6048          * more frequently than once per I/O-plugging timeout, makes
6049          * it much quicker to detect a waker queue (the concept of
6050          * waker queue is defined in the comments in
6051          * bfq_add_request()). This makes it possible to start sooner
6052          * to boost throughput more effectively, by injecting the I/O
6053          * of the waker queue unconditionally on every
6054          * bfq_dispatch_request().
6055          *
6056          * One last, important benefit of not resetting the inject
6057          * limit before 100 ms is that, during this time interval, the
6058          * base value for the total service time is likely to get
6059          * finally computed for bfqq, freeing the inject limit from
6060          * its relation with the think time.
6061          */
6062         if (state_changed && bfqq->last_serv_time_ns == 0 &&
6063             (time_is_before_eq_jiffies(bfqq->decrease_time_jif +
6064                                       msecs_to_jiffies(100)) ||
6065              !has_short_ttime))
6066                 bfq_reset_inject_limit(bfqd, bfqq);
6067 }
6068
6069 /*
6070  * Called when a new fs request (rq) is added to bfqq.  Check if there's
6071  * something we should do about it.
6072  */
6073 static void bfq_rq_enqueued(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq,
6074                             struct request *rq)
6075 {
6076         if (rq->cmd_flags & REQ_META)
6077                 bfqq->meta_pending++;
6078
6079         bfqq->last_request_pos = blk_rq_pos(rq) + blk_rq_sectors(rq);
6080
6081         if (bfqq == bfqd->in_service_queue && bfq_bfqq_wait_request(bfqq)) {
6082                 bool small_req = bfqq->queued[rq_is_sync(rq)] == 1 &&
6083                                  blk_rq_sectors(rq) < 32;
6084                 bool budget_timeout = bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq);
6085
6086                 /*
6087                  * There is just this request queued: if
6088                  * - the request is small, and
6089                  * - we are idling to boost throughput, and
6090                  * - the queue is not to be expired,
6091                  * then just exit.
6092                  *
6093                  * In this way, if the device is being idled to wait
6094                  * for a new request from the in-service queue, we
6095                  * avoid unplugging the device and committing the
6096                  * device to serve just a small request. In contrast
6097                  * we wait for the block layer to decide when to
6098                  * unplug the device: hopefully, new requests will be
6099                  * merged to this one quickly, then the device will be
6100                  * unplugged and larger requests will be dispatched.
6101                  */
6102                 if (small_req && idling_boosts_thr_without_issues(bfqd, bfqq) &&
6103                     !budget_timeout)
6104                         return;
6105
6106                 /*
6107                  * A large enough request arrived, or idling is being
6108                  * performed to preserve service guarantees, or
6109                  * finally the queue is to be expired: in all these
6110                  * cases disk idling is to be stopped, so clear
6111                  * wait_request flag and reset timer.
6112                  */
6113                 bfq_clear_bfqq_wait_request(bfqq);
6114                 hrtimer_try_to_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
6115
6116                 /*
6117                  * The queue is not empty, because a new request just
6118                  * arrived. Hence we can safely expire the queue, in
6119                  * case of budget timeout, without risking that the
6120                  * timestamps of the queue are not updated correctly.
6121                  * See [1] for more details.
6122                  */
6123                 if (budget_timeout)
6124                         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false,
6125                                         BFQQE_BUDGET_TIMEOUT);
6126         }
6127 }
6128
6129 static void bfqq_request_allocated(struct bfq_queue *bfqq)
6130 {
6131         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
6132
6133         for_each_entity(entity)
6134                 entity->allocated++;
6135 }
6136
6137 static void bfqq_request_freed(struct bfq_queue *bfqq)
6138 {
6139         struct bfq_entity *entity = &bfqq->entity;
6140
6141         for_each_entity(entity)
6142                 entity->allocated--;
6143 }
6144
6145 /* returns true if it causes the idle timer to be disabled */
6146 static bool __bfq_insert_request(struct bfq_data *bfqd, struct request *rq)
6147 {
6148         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq),
6149                 *new_bfqq = bfq_setup_cooperator(bfqd, bfqq, rq, true,
6150                                                  RQ_BIC(rq));
6151         bool waiting, idle_timer_disabled = false;
6152
6153         if (new_bfqq) {
6154                 /*
6155                  * Release the request's reference to the old bfqq
6156                  * and make sure one is taken to the shared queue.
6157                  */
6158                 bfqq_request_allocated(new_bfqq);
6159                 bfqq_request_freed(bfqq);
6160                 new_bfqq->ref++;
6161                 /*
6162                  * If the bic associated with the process
6163                  * issuing this request still points to bfqq
6164                  * (and thus has not been already redirected
6165                  * to new_bfqq or even some other bfq_queue),
6166                  * then complete the merge and redirect it to
6167                  * new_bfqq.
6168                  */
6169                 if (bic_to_bfqq(RQ_BIC(rq), true,
6170                                 bfq_actuator_index(bfqd, rq->bio)) == bfqq)
6171                         bfq_merge_bfqqs(bfqd, RQ_BIC(rq),
6172                                         bfqq, new_bfqq);
6173
6174                 bfq_clear_bfqq_just_created(bfqq);
6175                 /*
6176                  * rq is about to be enqueued into new_bfqq,
6177                  * release rq reference on bfqq
6178                  */
6179                 bfq_put_queue(bfqq);
6180                 rq->elv.priv[1] = new_bfqq;
6181                 bfqq = new_bfqq;
6182         }
6183
6184         bfq_update_io_thinktime(bfqd, bfqq);
6185         bfq_update_has_short_ttime(bfqd, bfqq, RQ_BIC(rq));
6186         bfq_update_io_seektime(bfqd, bfqq, rq);
6187
6188         waiting = bfqq && bfq_bfqq_wait_request(bfqq);
6189         bfq_add_request(rq);
6190         idle_timer_disabled = waiting && !bfq_bfqq_wait_request(bfqq);
6191
6192         rq->fifo_time = ktime_get_ns() + bfqd->bfq_fifo_expire[rq_is_sync(rq)];
6193         list_add_tail(&rq->queuelist, &bfqq->fifo);
6194
6195         bfq_rq_enqueued(bfqd, bfqq, rq);
6196
6197         return idle_timer_disabled;
6198 }
6199
6200 #ifdef CONFIG_BFQ_CGROUP_DEBUG
6201 static void bfq_update_insert_stats(struct request_queue *q,
6202                                     struct bfq_queue *bfqq,
6203                                     bool idle_timer_disabled,
6204                                     blk_opf_t cmd_flags)
6205 {
6206         if (!bfqq)
6207                 return;
6208
6209         /*
6210          * bfqq still exists, because it can disappear only after
6211          * either it is merged with another queue, or the process it
6212          * is associated with exits. But both actions must be taken by
6213          * the same process currently executing this flow of
6214          * instructions.
6215          *
6216          * In addition, the following queue lock guarantees that
6217          * bfqq_group(bfqq) exists as well.
6218          */
6219         spin_lock_irq(&q->queue_lock);
6220         bfqg_stats_update_io_add(bfqq_group(bfqq), bfqq, cmd_flags);
6221         if (idle_timer_disabled)
6222                 bfqg_stats_update_idle_time(bfqq_group(bfqq));
6223         spin_unlock_irq(&q->queue_lock);
6224 }
6225 #else
6226 static inline void bfq_update_insert_stats(struct request_queue *q,
6227                                            struct bfq_queue *bfqq,
6228                                            bool idle_timer_disabled,
6229                                            blk_opf_t cmd_flags) {}
6230 #endif /* CONFIG_BFQ_CGROUP_DEBUG */
6231
6232 static struct bfq_queue *bfq_init_rq(struct request *rq);
6233
6234 static void bfq_insert_request(struct blk_mq_hw_ctx *hctx, struct request *rq,
6235                                bool at_head)
6236 {
6237         struct request_queue *q = hctx->queue;
6238         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
6239         struct bfq_queue *bfqq;
6240         bool idle_timer_disabled = false;
6241         blk_opf_t cmd_flags;
6242         LIST_HEAD(free);
6243
6244 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
6245         if (!cgroup_subsys_on_dfl(io_cgrp_subsys) && rq->bio)
6246                 bfqg_stats_update_legacy_io(q, rq);
6247 #endif
6248         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
6249         bfqq = bfq_init_rq(rq);
6250         if (blk_mq_sched_try_insert_merge(q, rq, &free)) {
6251                 spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
6252                 blk_mq_free_requests(&free);
6253                 return;
6254         }
6255
6256         trace_block_rq_insert(rq);
6257
6258         if (!bfqq || at_head) {
6259                 if (at_head)
6260                         list_add(&rq->queuelist, &bfqd->dispatch);
6261                 else
6262                         list_add_tail(&rq->queuelist, &bfqd->dispatch);
6263         } else {
6264                 idle_timer_disabled = __bfq_insert_request(bfqd, rq);
6265                 /*
6266                  * Update bfqq, because, if a queue merge has occurred
6267                  * in __bfq_insert_request, then rq has been
6268                  * redirected into a new queue.
6269                  */
6270                 bfqq = RQ_BFQQ(rq);
6271
6272                 if (rq_mergeable(rq)) {
6273                         elv_rqhash_add(q, rq);
6274                         if (!q->last_merge)
6275                                 q->last_merge = rq;
6276                 }
6277         }
6278
6279         /*
6280          * Cache cmd_flags before releasing scheduler lock, because rq
6281          * may disappear afterwards (for example, because of a request
6282          * merge).
6283          */
6284         cmd_flags = rq->cmd_flags;
6285         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
6286
6287         bfq_update_insert_stats(q, bfqq, idle_timer_disabled,
6288                                 cmd_flags);
6289 }
6290
6291 static void bfq_insert_requests(struct blk_mq_hw_ctx *hctx,
6292                                 struct list_head *list, bool at_head)
6293 {
6294         while (!list_empty(list)) {
6295                 struct request *rq;
6296
6297                 rq = list_first_entry(list, struct request, queuelist);
6298                 list_del_init(&rq->queuelist);
6299                 bfq_insert_request(hctx, rq, at_head);
6300         }
6301 }
6302
6303 static void bfq_update_hw_tag(struct bfq_data *bfqd)
6304 {
6305         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->in_service_queue;
6306
6307         bfqd->max_rq_in_driver = max_t(int, bfqd->max_rq_in_driver,
6308                                        bfqd->tot_rq_in_driver);
6309
6310         if (bfqd->hw_tag == 1)
6311                 return;
6312
6313         /*
6314          * This sample is valid if the number of outstanding requests
6315          * is large enough to allow a queueing behavior.  Note that the
6316          * sum is not exact, as it's not taking into account deactivated
6317          * requests.
6318          */
6319         if (bfqd->tot_rq_in_driver + bfqd->queued <= BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD)
6320                 return;
6321
6322         /*
6323          * If active queue hasn't enough requests and can idle, bfq might not
6324          * dispatch sufficient requests to hardware. Don't zero hw_tag in this
6325          * case
6326          */
6327         if (bfqq && bfq_bfqq_has_short_ttime(bfqq) &&
6328             bfqq->dispatched + bfqq->queued[0] + bfqq->queued[1] <
6329             BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD &&
6330             bfqd->tot_rq_in_driver < BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD)
6331                 return;
6332
6333         if (bfqd->hw_tag_samples++ < BFQ_HW_QUEUE_SAMPLES)
6334                 return;
6335
6336         bfqd->hw_tag = bfqd->max_rq_in_driver > BFQ_HW_QUEUE_THRESHOLD;
6337         bfqd->max_rq_in_driver = 0;
6338         bfqd->hw_tag_samples = 0;
6339
6340         bfqd->nonrot_with_queueing =
6341                 blk_queue_nonrot(bfqd->queue) && bfqd->hw_tag;
6342 }
6343
6344 static void bfq_completed_request(struct bfq_queue *bfqq, struct bfq_data *bfqd)
6345 {
6346         u64 now_ns;
6347         u32 delta_us;
6348
6349         bfq_update_hw_tag(bfqd);
6350
6351         bfqd->rq_in_driver[bfqq->actuator_idx]--;
6352         bfqd->tot_rq_in_driver--;
6353         bfqq->dispatched--;
6354
6355         if (!bfqq->dispatched && !bfq_bfqq_busy(bfqq)) {
6356                 /*
6357                  * Set budget_timeout (which we overload to store the
6358                  * time at which the queue remains with no backlog and
6359                  * no outstanding request; used by the weight-raising
6360                  * mechanism).
6361                  */
6362                 bfqq->budget_timeout = jiffies;
6363
6364                 bfq_del_bfqq_in_groups_with_pending_reqs(bfqq);
6365                 bfq_weights_tree_remove(bfqq);
6366         }
6367
6368         now_ns = ktime_get_ns();
6369
6370         bfqq->ttime.last_end_request = now_ns;
6371
6372         /*
6373          * Using us instead of ns, to get a reasonable precision in
6374          * computing rate in next check.
6375          */
6376         delta_us = div_u64(now_ns - bfqd->last_completion, NSEC_PER_USEC);
6377
6378         /*
6379          * If the request took rather long to complete, and, according
6380          * to the maximum request size recorded, this completion latency
6381          * implies that the request was certainly served at a very low
6382          * rate (less than 1M sectors/sec), then the whole observation
6383          * interval that lasts up to this time instant cannot be a
6384          * valid time interval for computing a new peak rate.  Invoke
6385          * bfq_update_rate_reset to have the following three steps
6386          * taken:
6387          * - close the observation interval at the last (previous)
6388          *   request dispatch or completion
6389          * - compute rate, if possible, for that observation interval
6390          * - reset to zero samples, which will trigger a proper
6391          *   re-initialization of the observation interval on next
6392          *   dispatch
6393          */
6394         if (delta_us > BFQ_MIN_TT/NSEC_PER_USEC &&
6395            (bfqd->last_rq_max_size<<BFQ_RATE_SHIFT)/delta_us <
6396                         1UL<<(BFQ_RATE_SHIFT - 10))
6397                 bfq_update_rate_reset(bfqd, NULL);
6398         bfqd->last_completion = now_ns;
6399         /*
6400          * Shared queues are likely to receive I/O at a high
6401          * rate. This may deceptively let them be considered as wakers
6402          * of other queues. But a false waker will unjustly steal
6403          * bandwidth to its supposedly woken queue. So considering
6404          * also shared queues in the waking mechanism may cause more
6405          * control troubles than throughput benefits. Then reset
6406          * last_completed_rq_bfqq if bfqq is a shared queue.
6407          */
6408         if (!bfq_bfqq_coop(bfqq))
6409                 bfqd->last_completed_rq_bfqq = bfqq;
6410         else
6411                 bfqd->last_completed_rq_bfqq = NULL;
6412
6413         /*
6414          * If we are waiting to discover whether the request pattern
6415          * of the task associated with the queue is actually
6416          * isochronous, and both requisites for this condition to hold
6417          * are now satisfied, then compute soft_rt_next_start (see the
6418          * comments on the function bfq_bfqq_softrt_next_start()). We
6419          * do not compute soft_rt_next_start if bfqq is in interactive
6420          * weight raising (see the comments in bfq_bfqq_expire() for
6421          * an explanation). We schedule this delayed update when bfqq
6422          * expires, if it still has in-flight requests.
6423          */
6424         if (bfq_bfqq_softrt_update(bfqq) && bfqq->dispatched == 0 &&
6425             RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) &&
6426             bfqq->wr_coeff != bfqd->bfq_wr_coeff)
6427                 bfqq->soft_rt_next_start =
6428                         bfq_bfqq_softrt_next_start(bfqd, bfqq);
6429
6430         /*
6431          * If this is the in-service queue, check if it needs to be expired,
6432          * or if we want to idle in case it has no pending requests.
6433          */
6434         if (bfqd->in_service_queue == bfqq) {
6435                 if (bfq_bfqq_must_idle(bfqq)) {
6436                         if (bfqq->dispatched == 0)
6437                                 bfq_arm_slice_timer(bfqd);
6438                         /*
6439                          * If we get here, we do not expire bfqq, even
6440                          * if bfqq was in budget timeout or had no
6441                          * more requests (as controlled in the next
6442                          * conditional instructions). The reason for
6443                          * not expiring bfqq is as follows.
6444                          *
6445                          * Here bfqq->dispatched > 0 holds, but
6446                          * bfq_bfqq_must_idle() returned true. This
6447                          * implies that, even if no request arrives
6448                          * for bfqq before bfqq->dispatched reaches 0,
6449                          * bfqq will, however, not be expired on the
6450                          * completion event that causes bfqq->dispatch
6451                          * to reach zero. In contrast, on this event,
6452                          * bfqq will start enjoying device idling
6453                          * (I/O-dispatch plugging).
6454                          *
6455                          * But, if we expired bfqq here, bfqq would
6456                          * not have the chance to enjoy device idling
6457                          * when bfqq->dispatched finally reaches
6458                          * zero. This would expose bfqq to violation
6459                          * of its reserved service guarantees.
6460                          */
6461                         return;
6462                 } else if (bfq_may_expire_for_budg_timeout(bfqq))
6463                         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false,
6464                                         BFQQE_BUDGET_TIMEOUT);
6465                 else if (RB_EMPTY_ROOT(&bfqq->sort_list) &&
6466                          (bfqq->dispatched == 0 ||
6467                           !bfq_better_to_idle(bfqq)))
6468                         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, false,
6469                                         BFQQE_NO_MORE_REQUESTS);
6470         }
6471
6472         if (!bfqd->tot_rq_in_driver)
6473                 bfq_schedule_dispatch(bfqd);
6474 }
6475
6476 /*
6477  * The processes associated with bfqq may happen to generate their
6478  * cumulative I/O at a lower rate than the rate at which the device
6479  * could serve the same I/O. This is rather probable, e.g., if only
6480  * one process is associated with bfqq and the device is an SSD. It
6481  * results in bfqq becoming often empty while in service. In this
6482  * respect, if BFQ is allowed to switch to another queue when bfqq
6483  * remains empty, then the device goes on being fed with I/O requests,
6484  * and the throughput is not affected. In contrast, if BFQ is not
6485  * allowed to switch to another queue---because bfqq is sync and
6486  * I/O-dispatch needs to be plugged while bfqq is temporarily
6487  * empty---then, during the service of bfqq, there will be frequent
6488  * "service holes", i.e., time intervals during which bfqq gets empty
6489  * and the device can only consume the I/O already queued in its
6490  * hardware queues. During service holes, the device may even get to
6491  * remaining idle. In the end, during the service of bfqq, the device
6492  * is driven at a lower speed than the one it can reach with the kind
6493  * of I/O flowing through bfqq.
6494  *
6495  * To counter this loss of throughput, BFQ implements a "request
6496  * injection mechanism", which tries to fill the above service holes
6497  * with I/O requests taken from other queues. The hard part in this
6498  * mechanism is finding the right amount of I/O to inject, so as to
6499  * both boost throughput and not break bfqq's bandwidth and latency
6500  * guarantees. In this respect, the mechanism maintains a per-queue
6501  * inject limit, computed as below. While bfqq is empty, the injection
6502  * mechanism dispatches extra I/O requests only until the total number
6503  * of I/O requests in flight---i.e., already dispatched but not yet
6504  * completed---remains lower than this limit.
6505  *
6506  * A first definition comes in handy to introduce the algorithm by
6507  * which the inject limit is computed.  We define as first request for
6508  * bfqq, an I/O request for bfqq that arrives while bfqq is in
6509  * service, and causes bfqq to switch from empty to non-empty. The
6510  * algorithm updates the limit as a function of the effect of
6511  * injection on the service times of only the first requests of
6512  * bfqq. The reason for this restriction is that these are the
6513  * requests whose service time is affected most, because they are the
6514  * first to arrive after injection possibly occurred.
6515  *
6516  * To evaluate the effect of injection, the algorithm measures the
6517  * "total service time" of first requests. We define as total service
6518  * time of an I/O request, the time that elapses since when the
6519  * request is enqueued into bfqq, to when it is completed. This
6520  * quantity allows the whole effect of injection to be measured. It is
6521  * easy to see why. Suppose that some requests of other queues are
6522  * actually injected while bfqq is empty, and that a new request R
6523  * then arrives for bfqq. If the device does start to serve all or
6524  * part of the injected requests during the service hole, then,
6525  * because of this extra service, it may delay the next invocation of
6526  * the dispatch hook of BFQ. Then, even after R gets eventually
6527  * dispatched, the device may delay the actual service of R if it is
6528  * still busy serving the extra requests, or if it decides to serve,
6529  * before R, some extra request still present in its queues. As a
6530  * conclusion, the cumulative extra delay caused by injection can be
6531  * easily evaluated by just comparing the total service time of first
6532  * requests with and without injection.
6533  *
6534  * The limit-update algorithm works as follows. On the arrival of a
6535  * first request of bfqq, the algorithm measures the total time of the
6536  * request only if one of the three cases below holds, and, for each
6537  * case, it updates the limit as described below:
6538  *
6539  * (1) If there is no in-flight request. This gives a baseline for the
6540  *     total service time of the requests of bfqq. If the baseline has
6541  *     not been computed yet, then, after computing it, the limit is
6542  *     set to 1, to start boosting throughput, and to prepare the
6543  *     ground for the next case. If the baseline has already been
6544  *     computed, then it is updated, in case it results to be lower
6545  *     than the previous value.
6546  *
6547  * (2) If the limit is higher than 0 and there are in-flight
6548  *     requests. By comparing the total service time in this case with
6549  *     the above baseline, it is possible to know at which extent the
6550  *     current value of the limit is inflating the total service
6551  *     time. If the inflation is below a certain threshold, then bfqq
6552  *     is assumed to be suffering from no perceivable loss of its
6553  *     service guarantees, and the limit is even tentatively
6554  *     increased. If the inflation is above the threshold, then the
6555  *     limit is decreased. Due to the lack of any hysteresis, this
6556  *     logic makes the limit oscillate even in steady workload
6557  *     conditions. Yet we opted for it, because it is fast in reaching
6558  *     the best value for the limit, as a function of the current I/O
6559  *     workload. To reduce oscillations, this step is disabled for a
6560  *     short time interval after the limit happens to be decreased.
6561  *
6562  * (3) Periodically, after resetting the limit, to make sure that the
6563  *     limit eventually drops in case the workload changes. This is
6564  *     needed because, after the limit has gone safely up for a
6565  *     certain workload, it is impossible to guess whether the
6566  *     baseline total service time may have changed, without measuring
6567  *     it again without injection. A more effective version of this
6568  *     step might be to just sample the baseline, by interrupting
6569  *     injection only once, and then to reset/lower the limit only if
6570  *     the total service time with the current limit does happen to be
6571  *     too large.
6572  *
6573  * More details on each step are provided in the comments on the
6574  * pieces of code that implement these steps: the branch handling the
6575  * transition from empty to non empty in bfq_add_request(), the branch
6576  * handling injection in bfq_select_queue(), and the function
6577  * bfq_choose_bfqq_for_injection(). These comments also explain some
6578  * exceptions, made by the injection mechanism in some special cases.
6579  */
6580 static void bfq_update_inject_limit(struct bfq_data *bfqd,
6581                                     struct bfq_queue *bfqq)
6582 {
6583         u64 tot_time_ns = ktime_get_ns() - bfqd->last_empty_occupied_ns;
6584         unsigned int old_limit = bfqq->inject_limit;
6585
6586         if (bfqq->last_serv_time_ns > 0 && bfqd->rqs_injected) {
6587                 u64 threshold = (bfqq->last_serv_time_ns * 3)>>1;
6588
6589                 if (tot_time_ns >= threshold && old_limit > 0) {
6590                         bfqq->inject_limit--;
6591                         bfqq->decrease_time_jif = jiffies;
6592                 } else if (tot_time_ns < threshold &&
6593                            old_limit <= bfqd->max_rq_in_driver)
6594                         bfqq->inject_limit++;
6595         }
6596
6597         /*
6598          * Either we still have to compute the base value for the
6599          * total service time, and there seem to be the right
6600          * conditions to do it, or we can lower the last base value
6601          * computed.
6602          *
6603          * NOTE: (bfqd->tot_rq_in_driver == 1) means that there is no I/O
6604          * request in flight, because this function is in the code
6605          * path that handles the completion of a request of bfqq, and,
6606          * in particular, this function is executed before
6607          * bfqd->tot_rq_in_driver is decremented in such a code path.
6608          */
6609         if ((bfqq->last_serv_time_ns == 0 && bfqd->tot_rq_in_driver == 1) ||
6610             tot_time_ns < bfqq->last_serv_time_ns) {
6611                 if (bfqq->last_serv_time_ns == 0) {
6612                         /*
6613                          * Now we certainly have a base value: make sure we
6614                          * start trying injection.
6615                          */
6616                         bfqq->inject_limit = max_t(unsigned int, 1, old_limit);
6617                 }
6618                 bfqq->last_serv_time_ns = tot_time_ns;
6619         } else if (!bfqd->rqs_injected && bfqd->tot_rq_in_driver == 1)
6620                 /*
6621                  * No I/O injected and no request still in service in
6622                  * the drive: these are the exact conditions for
6623                  * computing the base value of the total service time
6624                  * for bfqq. So let's update this value, because it is
6625                  * rather variable. For example, it varies if the size
6626                  * or the spatial locality of the I/O requests in bfqq
6627                  * change.
6628                  */
6629                 bfqq->last_serv_time_ns = tot_time_ns;
6630
6631
6632         /* update complete, not waiting for any request completion any longer */
6633         bfqd->waited_rq = NULL;
6634         bfqd->rqs_injected = false;
6635 }
6636
6637 /*
6638  * Handle either a requeue or a finish for rq. The things to do are
6639  * the same in both cases: all references to rq are to be dropped. In
6640  * particular, rq is considered completed from the point of view of
6641  * the scheduler.
6642  */
6643 static void bfq_finish_requeue_request(struct request *rq)
6644 {
6645         struct bfq_queue *bfqq = RQ_BFQQ(rq);
6646         struct bfq_data *bfqd;
6647         unsigned long flags;
6648
6649         /*
6650          * rq either is not associated with any icq, or is an already
6651          * requeued request that has not (yet) been re-inserted into
6652          * a bfq_queue.
6653          */
6654         if (!rq->elv.icq || !bfqq)
6655                 return;
6656
6657         bfqd = bfqq->bfqd;
6658
6659         if (rq->rq_flags & RQF_STARTED)
6660                 bfqg_stats_update_completion(bfqq_group(bfqq),
6661                                              rq->start_time_ns,
6662                                              rq->io_start_time_ns,
6663                                              rq->cmd_flags);
6664
6665         spin_lock_irqsave(&bfqd->lock, flags);
6666         if (likely(rq->rq_flags & RQF_STARTED)) {
6667                 if (rq == bfqd->waited_rq)
6668                         bfq_update_inject_limit(bfqd, bfqq);
6669
6670                 bfq_completed_request(bfqq, bfqd);
6671         }
6672         bfqq_request_freed(bfqq);
6673         bfq_put_queue(bfqq);
6674         RQ_BIC(rq)->requests--;
6675         spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
6676
6677         /*
6678          * Reset private fields. In case of a requeue, this allows
6679          * this function to correctly do nothing if it is spuriously
6680          * invoked again on this same request (see the check at the
6681          * beginning of the function). Probably, a better general
6682          * design would be to prevent blk-mq from invoking the requeue
6683          * or finish hooks of an elevator, for a request that is not
6684          * referred by that elevator.
6685          *
6686          * Resetting the following fields would break the
6687          * request-insertion logic if rq is re-inserted into a bfq
6688          * internal queue, without a re-preparation. Here we assume
6689          * that re-insertions of requeued requests, without
6690          * re-preparation, can happen only for pass_through or at_head
6691          * requests (which are not re-inserted into bfq internal
6692          * queues).
6693          */
6694         rq->elv.priv[0] = NULL;
6695         rq->elv.priv[1] = NULL;
6696 }
6697
6698 static void bfq_finish_request(struct request *rq)
6699 {
6700         bfq_finish_requeue_request(rq);
6701
6702         if (rq->elv.icq) {
6703                 put_io_context(rq->elv.icq->ioc);
6704                 rq->elv.icq = NULL;
6705         }
6706 }
6707
6708 /*
6709  * Removes the association between the current task and bfqq, assuming
6710  * that bic points to the bfq iocontext of the task.
6711  * Returns NULL if a new bfqq should be allocated, or the old bfqq if this
6712  * was the last process referring to that bfqq.
6713  */
6714 static struct bfq_queue *
6715 bfq_split_bfqq(struct bfq_io_cq *bic, struct bfq_queue *bfqq)
6716 {
6717         bfq_log_bfqq(bfqq->bfqd, bfqq, "splitting queue");
6718
6719         if (bfqq_process_refs(bfqq) == 1) {
6720                 bfqq->pid = current->pid;
6721                 bfq_clear_bfqq_coop(bfqq);
6722                 bfq_clear_bfqq_split_coop(bfqq);
6723                 return bfqq;
6724         }
6725
6726         bic_set_bfqq(bic, NULL, true, bfqq->actuator_idx);
6727
6728         bfq_put_cooperator(bfqq);
6729
6730         bfq_release_process_ref(bfqq->bfqd, bfqq);
6731         return NULL;
6732 }
6733
6734 static struct bfq_queue *bfq_get_bfqq_handle_split(struct bfq_data *bfqd,
6735                                                    struct bfq_io_cq *bic,
6736                                                    struct bio *bio,
6737                                                    bool split, bool is_sync,
6738                                                    bool *new_queue)
6739 {
6740         unsigned int act_idx = bfq_actuator_index(bfqd, bio);
6741         struct bfq_queue *bfqq = bic_to_bfqq(bic, is_sync, act_idx);
6742         struct bfq_iocq_bfqq_data *bfqq_data = &bic->bfqq_data[act_idx];
6743
6744         if (likely(bfqq && bfqq != &bfqd->oom_bfqq))
6745                 return bfqq;
6746
6747         if (new_queue)
6748                 *new_queue = true;
6749
6750         if (bfqq)
6751                 bfq_put_queue(bfqq);
6752         bfqq = bfq_get_queue(bfqd, bio, is_sync, bic, split);
6753
6754         bic_set_bfqq(bic, bfqq, is_sync, act_idx);
6755         if (split && is_sync) {
6756                 if ((bfqq_data->was_in_burst_list && bfqd->large_burst) ||
6757                     bfqq_data->saved_in_large_burst)
6758                         bfq_mark_bfqq_in_large_burst(bfqq);
6759                 else {
6760                         bfq_clear_bfqq_in_large_burst(bfqq);
6761                         if (bfqq_data->was_in_burst_list)
6762                                 /*
6763                                  * If bfqq was in the current
6764                                  * burst list before being
6765                                  * merged, then we have to add
6766                                  * it back. And we do not need
6767                                  * to increase burst_size, as
6768                                  * we did not decrement
6769                                  * burst_size when we removed
6770                                  * bfqq from the burst list as
6771                                  * a consequence of a merge
6772                                  * (see comments in
6773                                  * bfq_put_queue). In this
6774                                  * respect, it would be rather
6775                                  * costly to know whether the
6776                                  * current burst list is still
6777                                  * the same burst list from
6778                                  * which bfqq was removed on
6779                                  * the merge. To avoid this
6780                                  * cost, if bfqq was in a
6781                                  * burst list, then we add
6782                                  * bfqq to the current burst
6783                                  * list without any further
6784                                  * check. This can cause
6785                                  * inappropriate insertions,
6786                                  * but rarely enough to not
6787                                  * harm the detection of large
6788                                  * bursts significantly.
6789                                  */
6790                                 hlist_add_head(&bfqq->burst_list_node,
6791                                                &bfqd->burst_list);
6792                 }
6793                 bfqq->split_time = jiffies;
6794         }
6795
6796         return bfqq;
6797 }
6798
6799 /*
6800  * Only reset private fields. The actual request preparation will be
6801  * performed by bfq_init_rq, when rq is either inserted or merged. See
6802  * comments on bfq_init_rq for the reason behind this delayed
6803  * preparation.
6804  */
6805 static void bfq_prepare_request(struct request *rq)
6806 {
6807         rq->elv.icq = ioc_find_get_icq(rq->q);
6808
6809         /*
6810          * Regardless of whether we have an icq attached, we have to
6811          * clear the scheduler pointers, as they might point to
6812          * previously allocated bic/bfqq structs.
6813          */
6814         rq->elv.priv[0] = rq->elv.priv[1] = NULL;
6815 }
6816
6817 /*
6818  * If needed, init rq, allocate bfq data structures associated with
6819  * rq, and increment reference counters in the destination bfq_queue
6820  * for rq. Return the destination bfq_queue for rq, or NULL is rq is
6821  * not associated with any bfq_queue.
6822  *
6823  * This function is invoked by the functions that perform rq insertion
6824  * or merging. One may have expected the above preparation operations
6825  * to be performed in bfq_prepare_request, and not delayed to when rq
6826  * is inserted or merged. The rationale behind this delayed
6827  * preparation is that, after the prepare_request hook is invoked for
6828  * rq, rq may still be transformed into a request with no icq, i.e., a
6829  * request not associated with any queue. No bfq hook is invoked to
6830  * signal this transformation. As a consequence, should these
6831  * preparation operations be performed when the prepare_request hook
6832  * is invoked, and should rq be transformed one moment later, bfq
6833  * would end up in an inconsistent state, because it would have
6834  * incremented some queue counters for an rq destined to
6835  * transformation, without any chance to correctly lower these
6836  * counters back. In contrast, no transformation can still happen for
6837  * rq after rq has been inserted or merged. So, it is safe to execute
6838  * these preparation operations when rq is finally inserted or merged.
6839  */
6840 static struct bfq_queue *bfq_init_rq(struct request *rq)
6841 {
6842         struct request_queue *q = rq->q;
6843         struct bio *bio = rq->bio;
6844         struct bfq_data *bfqd = q->elevator->elevator_data;
6845         struct bfq_io_cq *bic;
6846         const int is_sync = rq_is_sync(rq);
6847         struct bfq_queue *bfqq;
6848         bool new_queue = false;
6849         bool bfqq_already_existing = false, split = false;
6850         unsigned int a_idx = bfq_actuator_index(bfqd, bio);
6851
6852         if (unlikely(!rq->elv.icq))
6853                 return NULL;
6854
6855         /*
6856          * Assuming that RQ_BFQQ(rq) is set only if everything is set
6857          * for this rq. This holds true, because this function is
6858          * invoked only for insertion or merging, and, after such
6859          * events, a request cannot be manipulated any longer before
6860          * being removed from bfq.
6861          */
6862         if (RQ_BFQQ(rq))
6863                 return RQ_BFQQ(rq);
6864
6865         bic = icq_to_bic(rq->elv.icq);
6866
6867         bfq_check_ioprio_change(bic, bio);
6868
6869         bfq_bic_update_cgroup(bic, bio);
6870
6871         bfqq = bfq_get_bfqq_handle_split(bfqd, bic, bio, false, is_sync,
6872                                          &new_queue);
6873
6874         if (likely(!new_queue)) {
6875                 /* If the queue was seeky for too long, break it apart. */
6876                 if (bfq_bfqq_coop(bfqq) && bfq_bfqq_split_coop(bfqq) &&
6877                         !bic->bfqq_data[a_idx].stably_merged) {
6878                         struct bfq_queue *old_bfqq = bfqq;
6879
6880                         /* Update bic before losing reference to bfqq */
6881                         if (bfq_bfqq_in_large_burst(bfqq))
6882                                 bic->bfqq_data[a_idx].saved_in_large_burst =
6883                                         true;
6884
6885                         bfqq = bfq_split_bfqq(bic, bfqq);
6886                         split = true;
6887
6888                         if (!bfqq) {
6889                                 bfqq = bfq_get_bfqq_handle_split(bfqd, bic, bio,
6890                                                                  true, is_sync,
6891                                                                  NULL);
6892                                 if (unlikely(bfqq == &bfqd->oom_bfqq))
6893                                         bfqq_already_existing = true;
6894                         } else
6895                                 bfqq_already_existing = true;
6896
6897                         if (!bfqq_already_existing) {
6898                                 bfqq->waker_bfqq = old_bfqq->waker_bfqq;
6899                                 bfqq->tentative_waker_bfqq = NULL;
6900
6901                                 /*
6902                                  * If the waker queue disappears, then
6903                                  * new_bfqq->waker_bfqq must be
6904                                  * reset. So insert new_bfqq into the
6905                                  * woken_list of the waker. See
6906                                  * bfq_check_waker for details.
6907                                  */
6908                                 if (bfqq->waker_bfqq)
6909                                         hlist_add_head(&bfqq->woken_list_node,
6910                                                        &bfqq->waker_bfqq->woken_list);
6911                         }
6912                 }
6913         }
6914
6915         bfqq_request_allocated(bfqq);
6916         bfqq->ref++;
6917         bic->requests++;
6918         bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "get_request %p: bfqq %p, %d",
6919                      rq, bfqq, bfqq->ref);
6920
6921         rq->elv.priv[0] = bic;
6922         rq->elv.priv[1] = bfqq;
6923
6924         /*
6925          * If a bfq_queue has only one process reference, it is owned
6926          * by only this bic: we can then set bfqq->bic = bic. in
6927          * addition, if the queue has also just been split, we have to
6928          * resume its state.
6929          */
6930         if (likely(bfqq != &bfqd->oom_bfqq) && bfqq_process_refs(bfqq) == 1) {
6931                 bfqq->bic = bic;
6932                 if (split) {
6933                         /*
6934                          * The queue has just been split from a shared
6935                          * queue: restore the idle window and the
6936                          * possible weight raising period.
6937                          */
6938                         bfq_bfqq_resume_state(bfqq, bfqd, bic,
6939                                               bfqq_already_existing);
6940                 }
6941         }
6942
6943         /*
6944          * Consider bfqq as possibly belonging to a burst of newly
6945          * created queues only if:
6946          * 1) A burst is actually happening (bfqd->burst_size > 0)
6947          * or
6948          * 2) There is no other active queue. In fact, if, in
6949          *    contrast, there are active queues not belonging to the
6950          *    possible burst bfqq may belong to, then there is no gain
6951          *    in considering bfqq as belonging to a burst, and
6952          *    therefore in not weight-raising bfqq. See comments on
6953          *    bfq_handle_burst().
6954          *
6955          * This filtering also helps eliminating false positives,
6956          * occurring when bfqq does not belong to an actual large
6957          * burst, but some background task (e.g., a service) happens
6958          * to trigger the creation of new queues very close to when
6959          * bfqq and its possible companion queues are created. See
6960          * comments on bfq_handle_burst() for further details also on
6961          * this issue.
6962          */
6963         if (unlikely(bfq_bfqq_just_created(bfqq) &&
6964                      (bfqd->burst_size > 0 ||
6965                       bfq_tot_busy_queues(bfqd) == 0)))
6966                 bfq_handle_burst(bfqd, bfqq);
6967
6968         return bfqq;
6969 }
6970
6971 static void
6972 bfq_idle_slice_timer_body(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_queue *bfqq)
6973 {
6974         enum bfqq_expiration reason;
6975         unsigned long flags;
6976
6977         spin_lock_irqsave(&bfqd->lock, flags);
6978
6979         /*
6980          * Considering that bfqq may be in race, we should firstly check
6981          * whether bfqq is in service before doing something on it. If
6982          * the bfqq in race is not in service, it has already been expired
6983          * through __bfq_bfqq_expire func and its wait_request flags has
6984          * been cleared in __bfq_bfqd_reset_in_service func.
6985          */
6986         if (bfqq != bfqd->in_service_queue) {
6987                 spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
6988                 return;
6989         }
6990
6991         bfq_clear_bfqq_wait_request(bfqq);
6992
6993         if (bfq_bfqq_budget_timeout(bfqq))
6994                 /*
6995                  * Also here the queue can be safely expired
6996                  * for budget timeout without wasting
6997                  * guarantees
6998                  */
6999                 reason = BFQQE_BUDGET_TIMEOUT;
7000         else if (bfqq->queued[0] == 0 && bfqq->queued[1] == 0)
7001                 /*
7002                  * The queue may not be empty upon timer expiration,
7003                  * because we may not disable the timer when the
7004                  * first request of the in-service queue arrives
7005                  * during disk idling.
7006                  */
7007                 reason = BFQQE_TOO_IDLE;
7008         else
7009                 goto schedule_dispatch;
7010
7011         bfq_bfqq_expire(bfqd, bfqq, true, reason);
7012
7013 schedule_dispatch:
7014         bfq_schedule_dispatch(bfqd);
7015         spin_unlock_irqrestore(&bfqd->lock, flags);
7016 }
7017
7018 /*
7019  * Handler of the expiration of the timer running if the in-service queue
7020  * is idling inside its time slice.
7021  */
7022 static enum hrtimer_restart bfq_idle_slice_timer(struct hrtimer *timer)
7023 {
7024         struct bfq_data *bfqd = container_of(timer, struct bfq_data,
7025                                              idle_slice_timer);
7026         struct bfq_queue *bfqq = bfqd->in_service_queue;
7027
7028         /*
7029          * Theoretical race here: the in-service queue can be NULL or
7030          * different from the queue that was idling if a new request
7031          * arrives for the current queue and there is a full dispatch
7032          * cycle that changes the in-service queue.  This can hardly
7033          * happen, but in the worst case we just expire a queue too
7034          * early.
7035          */
7036         if (bfqq)
7037                 bfq_idle_slice_timer_body(bfqd, bfqq);
7038
7039         return HRTIMER_NORESTART;
7040 }
7041
7042 static void __bfq_put_async_bfqq(struct bfq_data *bfqd,
7043                                  struct bfq_queue **bfqq_ptr)
7044 {
7045         struct bfq_queue *bfqq = *bfqq_ptr;
7046
7047         bfq_log(bfqd, "put_async_bfqq: %p", bfqq);
7048         if (bfqq) {
7049                 bfq_bfqq_move(bfqd, bfqq, bfqd->root_group);
7050
7051                 bfq_log_bfqq(bfqd, bfqq, "put_async_bfqq: putting %p, %d",
7052                              bfqq, bfqq->ref);
7053                 bfq_put_queue(bfqq);
7054                 *bfqq_ptr = NULL;
7055         }
7056 }
7057
7058 /*
7059  * Release all the bfqg references to its async queues.  If we are
7060  * deallocating the group these queues may still contain requests, so
7061  * we reparent them to the root cgroup (i.e., the only one that will
7062  * exist for sure until all the requests on a device are gone).
7063  */
7064 void bfq_put_async_queues(struct bfq_data *bfqd, struct bfq_group *bfqg)
7065 {
7066         int i, j, k;
7067
7068         for (k = 0; k < bfqd->num_actuators; k++) {
7069                 for (i = 0; i < 2; i++)
7070                         for (j = 0; j < IOPRIO_NR_LEVELS; j++)
7071                                 __bfq_put_async_bfqq(bfqd, &bfqg->async_bfqq[i][j][k]);
7072
7073                 __bfq_put_async_bfqq(bfqd, &bfqg->async_idle_bfqq[k]);
7074         }
7075 }
7076
7077 /*
7078  * See the comments on bfq_limit_depth for the purpose of
7079  * the depths set in the function. Return minimum shallow depth we'll use.
7080  */
7081 static void bfq_update_depths(struct bfq_data *bfqd, struct sbitmap_queue *bt)
7082 {
7083         unsigned int depth = 1U << bt->sb.shift;
7084
7085         bfqd->full_depth_shift = bt->sb.shift;
7086         /*
7087          * In-word depths if no bfq_queue is being weight-raised:
7088          * leaving 25% of tags only for sync reads.
7089          *
7090          * In next formulas, right-shift the value
7091          * (1U<<bt->sb.shift), instead of computing directly
7092          * (1U<<(bt->sb.shift - something)), to be robust against
7093          * any possible value of bt->sb.shift, without having to
7094          * limit 'something'.
7095          */
7096         /* no more than 50% of tags for async I/O */
7097         bfqd->word_depths[0][0] = max(depth >> 1, 1U);
7098         /*
7099          * no more than 75% of tags for sync writes (25% extra tags
7100          * w.r.t. async I/O, to prevent async I/O from starving sync
7101          * writes)
7102          */
7103         bfqd->word_depths[0][1] = max((depth * 3) >> 2, 1U);
7104
7105         /*
7106          * In-word depths in case some bfq_queue is being weight-
7107          * raised: leaving ~63% of tags for sync reads. This is the
7108          * highest percentage for which, in our tests, application
7109          * start-up times didn't suffer from any regression due to tag
7110          * shortage.
7111          */
7112         /* no more than ~18% of tags for async I/O */
7113         bfqd->word_depths[1][0] = max((depth * 3) >> 4, 1U);
7114         /* no more than ~37% of tags for sync writes (~20% extra tags) */
7115         bfqd->word_depths[1][1] = max((depth * 6) >> 4, 1U);
7116 }
7117
7118 static void bfq_depth_updated(struct blk_mq_hw_ctx *hctx)
7119 {
7120         struct bfq_data *bfqd = hctx->queue->elevator->elevator_data;
7121         struct blk_mq_tags *tags = hctx->sched_tags;
7122
7123         bfq_update_depths(bfqd, &tags->bitmap_tags);
7124         sbitmap_queue_min_shallow_depth(&tags->bitmap_tags, 1);
7125 }
7126
7127 static int bfq_init_hctx(struct blk_mq_hw_ctx *hctx, unsigned int index)
7128 {
7129         bfq_depth_updated(hctx);
7130         return 0;
7131 }
7132
7133 static void bfq_exit_queue(struct elevator_queue *e)
7134 {
7135         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
7136         struct bfq_queue *bfqq, *n;
7137
7138         hrtimer_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
7139
7140         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
7141         list_for_each_entry_safe(bfqq, n, &bfqd->idle_list, bfqq_list)
7142                 bfq_deactivate_bfqq(bfqd, bfqq, false, false);
7143         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
7144
7145         hrtimer_cancel(&bfqd->idle_slice_timer);
7146
7147         /* release oom-queue reference to root group */
7148         bfqg_and_blkg_put(bfqd->root_group);
7149
7150 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
7151         blkcg_deactivate_policy(bfqd->queue->disk, &blkcg_policy_bfq);
7152 #else
7153         spin_lock_irq(&bfqd->lock);
7154         bfq_put_async_queues(bfqd, bfqd->root_group);
7155         kfree(bfqd->root_group);
7156         spin_unlock_irq(&bfqd->lock);
7157 #endif
7158
7159         blk_stat_disable_accounting(bfqd->queue);
7160         clear_bit(ELEVATOR_FLAG_DISABLE_WBT, &e->flags);
7161         wbt_enable_default(bfqd->queue->disk);
7162
7163         kfree(bfqd);
7164 }
7165
7166 static void bfq_init_root_group(struct bfq_group *root_group,
7167                                 struct bfq_data *bfqd)
7168 {
7169         int i;
7170
7171 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
7172         root_group->entity.parent = NULL;
7173         root_group->my_entity = NULL;
7174         root_group->bfqd = bfqd;
7175 #endif
7176         root_group->rq_pos_tree = RB_ROOT;
7177         for (i = 0; i < BFQ_IOPRIO_CLASSES; i++)
7178                 root_group->sched_data.service_tree[i] = BFQ_SERVICE_TREE_INIT;
7179         root_group->sched_data.bfq_class_idle_last_service = jiffies;
7180 }
7181
7182 static int bfq_init_queue(struct request_queue *q, struct elevator_type *e)
7183 {
7184         struct bfq_data *bfqd;
7185         struct elevator_queue *eq;
7186         unsigned int i;
7187         struct blk_independent_access_ranges *ia_ranges = q->disk->ia_ranges;
7188
7189         eq = elevator_alloc(q, e);
7190         if (!eq)
7191                 return -ENOMEM;
7192
7193         bfqd = kzalloc_node(sizeof(*bfqd), GFP_KERNEL, q->node);
7194         if (!bfqd) {
7195                 kobject_put(&eq->kobj);
7196                 return -ENOMEM;
7197         }
7198         eq->elevator_data = bfqd;
7199
7200         spin_lock_irq(&q->queue_lock);
7201         q->elevator = eq;
7202         spin_unlock_irq(&q->queue_lock);
7203
7204         /*
7205          * Our fallback bfqq if bfq_find_alloc_queue() runs into OOM issues.
7206          * Grab a permanent reference to it, so that the normal code flow
7207          * will not attempt to free it.
7208          * Set zero as actuator index: we will pretend that
7209          * all I/O requests are for the same actuator.
7210          */
7211         bfq_init_bfqq(bfqd, &bfqd->oom_bfqq, NULL, 1, 0, 0);
7212         bfqd->oom_bfqq.ref++;
7213         bfqd->oom_bfqq.new_ioprio = BFQ_DEFAULT_QUEUE_IOPRIO;
7214         bfqd->oom_bfqq.new_ioprio_class = IOPRIO_CLASS_BE;
7215         bfqd->oom_bfqq.entity.new_weight =
7216                 bfq_ioprio_to_weight(bfqd->oom_bfqq.new_ioprio);
7217
7218         /* oom_bfqq does not participate to bursts */
7219         bfq_clear_bfqq_just_created(&bfqd->oom_bfqq);
7220
7221         /*
7222          * Trigger weight initialization, according to ioprio, at the
7223          * oom_bfqq's first activation. The oom_bfqq's ioprio and ioprio
7224          * class won't be changed any more.
7225          */
7226         bfqd->oom_bfqq.entity.prio_changed = 1;
7227
7228         bfqd->queue = q;
7229
7230         bfqd->num_actuators = 1;
7231         /*
7232          * If the disk supports multiple actuators, copy independent
7233          * access ranges from the request queue structure.
7234          */
7235         spin_lock_irq(&q->queue_lock);
7236         if (ia_ranges) {
7237                 /*
7238                  * Check if the disk ia_ranges size exceeds the current bfq
7239                  * actuator limit.
7240                  */
7241                 if (ia_ranges->nr_ia_ranges > BFQ_MAX_ACTUATORS) {
7242                         pr_crit("nr_ia_ranges higher than act limit: iars=%d, max=%d.\n",
7243                                 ia_ranges->nr_ia_ranges, BFQ_MAX_ACTUATORS);
7244                         pr_crit("Falling back to single actuator mode.\n");
7245                 } else {
7246                         bfqd->num_actuators = ia_ranges->nr_ia_ranges;
7247
7248                         for (i = 0; i < bfqd->num_actuators; i++) {
7249                                 bfqd->sector[i] = ia_ranges->ia_range[i].sector;
7250                                 bfqd->nr_sectors[i] =
7251                                         ia_ranges->ia_range[i].nr_sectors;
7252                         }
7253                 }
7254         }
7255
7256         /* Otherwise use single-actuator dev info */
7257         if (bfqd->num_actuators == 1) {
7258                 bfqd->sector[0] = 0;
7259                 bfqd->nr_sectors[0] = get_capacity(q->disk);
7260         }
7261         spin_unlock_irq(&q->queue_lock);
7262
7263         INIT_LIST_HEAD(&bfqd->dispatch);
7264
7265         hrtimer_init(&bfqd->idle_slice_timer, CLOCK_MONOTONIC,
7266                      HRTIMER_MODE_REL);
7267         bfqd->idle_slice_timer.function = bfq_idle_slice_timer;
7268
7269         bfqd->queue_weights_tree = RB_ROOT_CACHED;
7270 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
7271         bfqd->num_groups_with_pending_reqs = 0;
7272 #endif
7273
7274         INIT_LIST_HEAD(&bfqd->active_list[0]);
7275         INIT_LIST_HEAD(&bfqd->active_list[1]);
7276         INIT_LIST_HEAD(&bfqd->idle_list);
7277         INIT_HLIST_HEAD(&bfqd->burst_list);
7278
7279         bfqd->hw_tag = -1;
7280         bfqd->nonrot_with_queueing = blk_queue_nonrot(bfqd->queue);
7281
7282         bfqd->bfq_max_budget = bfq_default_max_budget;
7283
7284         bfqd->bfq_fifo_expire[0] = bfq_fifo_expire[0];
7285         bfqd->bfq_fifo_expire[1] = bfq_fifo_expire[1];
7286         bfqd->bfq_back_max = bfq_back_max;
7287         bfqd->bfq_back_penalty = bfq_back_penalty;
7288         bfqd->bfq_slice_idle = bfq_slice_idle;
7289         bfqd->bfq_timeout = bfq_timeout;
7290
7291         bfqd->bfq_large_burst_thresh = 8;
7292         bfqd->bfq_burst_interval = msecs_to_jiffies(180);
7293
7294         bfqd->low_latency = true;
7295
7296         /*
7297          * Trade-off between responsiveness and fairness.
7298          */
7299         bfqd->bfq_wr_coeff = 30;
7300         bfqd->bfq_wr_rt_max_time = msecs_to_jiffies(300);
7301         bfqd->bfq_wr_min_idle_time = msecs_to_jiffies(2000);
7302         bfqd->bfq_wr_min_inter_arr_async = msecs_to_jiffies(500);
7303         bfqd->bfq_wr_max_softrt_rate = 7000; /*
7304                                               * Approximate rate required
7305                                               * to playback or record a
7306                                               * high-definition compressed
7307                                               * video.
7308                                               */
7309         bfqd->wr_busy_queues = 0;
7310
7311         /*
7312          * Begin by assuming, optimistically, that the device peak
7313          * rate is equal to 2/3 of the highest reference rate.
7314          */
7315         bfqd->rate_dur_prod = ref_rate[blk_queue_nonrot(bfqd->queue)] *
7316                 ref_wr_duration[blk_queue_nonrot(bfqd->queue)];
7317         bfqd->peak_rate = ref_rate[blk_queue_nonrot(bfqd->queue)] * 2 / 3;
7318
7319         /* see comments on the definition of next field inside bfq_data */
7320         bfqd->actuator_load_threshold = 4;
7321
7322         spin_lock_init(&bfqd->lock);
7323
7324         /*
7325          * The invocation of the next bfq_create_group_hierarchy
7326          * function is the head of a chain of function calls
7327          * (bfq_create_group_hierarchy->blkcg_activate_policy->
7328          * blk_mq_freeze_queue) that may lead to the invocation of the
7329          * has_work hook function. For this reason,
7330          * bfq_create_group_hierarchy is invoked only after all
7331          * scheduler data has been initialized, apart from the fields
7332          * that can be initialized only after invoking
7333          * bfq_create_group_hierarchy. This, in particular, enables
7334          * has_work to correctly return false. Of course, to avoid
7335          * other inconsistencies, the blk-mq stack must then refrain
7336          * from invoking further scheduler hooks before this init
7337          * function is finished.
7338          */
7339         bfqd->root_group = bfq_create_group_hierarchy(bfqd, q->node);
7340         if (!bfqd->root_group)
7341                 goto out_free;
7342         bfq_init_root_group(bfqd->root_group, bfqd);
7343         bfq_init_entity(&bfqd->oom_bfqq.entity, bfqd->root_group);
7344
7345         /* We dispatch from request queue wide instead of hw queue */
7346         blk_queue_flag_set(QUEUE_FLAG_SQ_SCHED, q);
7347
7348         set_bit(ELEVATOR_FLAG_DISABLE_WBT, &eq->flags);
7349         wbt_disable_default(q->disk);
7350         blk_stat_enable_accounting(q);
7351
7352         return 0;
7353
7354 out_free:
7355         kfree(bfqd);
7356         kobject_put(&eq->kobj);
7357         return -ENOMEM;
7358 }
7359
7360 static void bfq_slab_kill(void)
7361 {
7362         kmem_cache_destroy(bfq_pool);
7363 }
7364
7365 static int __init bfq_slab_setup(void)
7366 {
7367         bfq_pool = KMEM_CACHE(bfq_queue, 0);
7368         if (!bfq_pool)
7369                 return -ENOMEM;
7370         return 0;
7371 }
7372
7373 static ssize_t bfq_var_show(unsigned int var, char *page)
7374 {
7375         return sprintf(page, "%u\n", var);
7376 }
7377
7378 static int bfq_var_store(unsigned long *var, const char *page)
7379 {
7380         unsigned long new_val;
7381         int ret = kstrtoul(page, 10, &new_val);
7382
7383         if (ret)
7384                 return ret;
7385         *var = new_val;
7386         return 0;
7387 }
7388
7389 #define SHOW_FUNCTION(__FUNC, __VAR, __CONV)                            \
7390 static ssize_t __FUNC(struct elevator_queue *e, char *page)             \
7391 {                                                                       \
7392         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
7393         u64 __data = __VAR;                                             \
7394         if (__CONV == 1)                                                \
7395                 __data = jiffies_to_msecs(__data);                      \
7396         else if (__CONV == 2)                                           \
7397                 __data = div_u64(__data, NSEC_PER_MSEC);                \
7398         return bfq_var_show(__data, (page));                            \
7399 }
7400 SHOW_FUNCTION(bfq_fifo_expire_sync_show, bfqd->bfq_fifo_expire[1], 2);
7401 SHOW_FUNCTION(bfq_fifo_expire_async_show, bfqd->bfq_fifo_expire[0], 2);
7402 SHOW_FUNCTION(bfq_back_seek_max_show, bfqd->bfq_back_max, 0);
7403 SHOW_FUNCTION(bfq_back_seek_penalty_show, bfqd->bfq_back_penalty, 0);
7404 SHOW_FUNCTION(bfq_slice_idle_show, bfqd->bfq_slice_idle, 2);
7405 SHOW_FUNCTION(bfq_max_budget_show, bfqd->bfq_user_max_budget, 0);
7406 SHOW_FUNCTION(bfq_timeout_sync_show, bfqd->bfq_timeout, 1);
7407 SHOW_FUNCTION(bfq_strict_guarantees_show, bfqd->strict_guarantees, 0);
7408 SHOW_FUNCTION(bfq_low_latency_show, bfqd->low_latency, 0);
7409 #undef SHOW_FUNCTION
7410
7411 #define USEC_SHOW_FUNCTION(__FUNC, __VAR)                               \
7412 static ssize_t __FUNC(struct elevator_queue *e, char *page)             \
7413 {                                                                       \
7414         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
7415         u64 __data = __VAR;                                             \
7416         __data = div_u64(__data, NSEC_PER_USEC);                        \
7417         return bfq_var_show(__data, (page));                            \
7418 }
7419 USEC_SHOW_FUNCTION(bfq_slice_idle_us_show, bfqd->bfq_slice_idle);
7420 #undef USEC_SHOW_FUNCTION
7421
7422 #define STORE_FUNCTION(__FUNC, __PTR, MIN, MAX, __CONV)                 \
7423 static ssize_t                                                          \
7424 __FUNC(struct elevator_queue *e, const char *page, size_t count)        \
7425 {                                                                       \
7426         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
7427         unsigned long __data, __min = (MIN), __max = (MAX);             \
7428         int ret;                                                        \
7429                                                                         \
7430         ret = bfq_var_store(&__data, (page));                           \
7431         if (ret)                                                        \
7432                 return ret;                                             \
7433         if (__data < __min)                                             \
7434                 __data = __min;                                         \
7435         else if (__data > __max)                                        \
7436                 __data = __max;                                         \
7437         if (__CONV == 1)                                                \
7438                 *(__PTR) = msecs_to_jiffies(__data);                    \
7439         else if (__CONV == 2)                                           \
7440                 *(__PTR) = (u64)__data * NSEC_PER_MSEC;                 \
7441         else                                                            \
7442                 *(__PTR) = __data;                                      \
7443         return count;                                                   \
7444 }
7445 STORE_FUNCTION(bfq_fifo_expire_sync_store, &bfqd->bfq_fifo_expire[1], 1,
7446                 INT_MAX, 2);
7447 STORE_FUNCTION(bfq_fifo_expire_async_store, &bfqd->bfq_fifo_expire[0], 1,
7448                 INT_MAX, 2);
7449 STORE_FUNCTION(bfq_back_seek_max_store, &bfqd->bfq_back_max, 0, INT_MAX, 0);
7450 STORE_FUNCTION(bfq_back_seek_penalty_store, &bfqd->bfq_back_penalty, 1,
7451                 INT_MAX, 0);
7452 STORE_FUNCTION(bfq_slice_idle_store, &bfqd->bfq_slice_idle, 0, INT_MAX, 2);
7453 #undef STORE_FUNCTION
7454
7455 #define USEC_STORE_FUNCTION(__FUNC, __PTR, MIN, MAX)                    \
7456 static ssize_t __FUNC(struct elevator_queue *e, const char *page, size_t count)\
7457 {                                                                       \
7458         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;                       \
7459         unsigned long __data, __min = (MIN), __max = (MAX);             \
7460         int ret;                                                        \
7461                                                                         \
7462         ret = bfq_var_store(&__data, (page));                           \
7463         if (ret)                                                        \
7464                 return ret;                                             \
7465         if (__data < __min)                                             \
7466                 __data = __min;                                         \
7467         else if (__data > __max)                                        \
7468                 __data = __max;                                         \
7469         *(__PTR) = (u64)__data * NSEC_PER_USEC;                         \
7470         return count;                                                   \
7471 }
7472 USEC_STORE_FUNCTION(bfq_slice_idle_us_store, &bfqd->bfq_slice_idle, 0,
7473                     UINT_MAX);
7474 #undef USEC_STORE_FUNCTION
7475
7476 static ssize_t bfq_max_budget_store(struct elevator_queue *e,
7477                                     const char *page, size_t count)
7478 {
7479         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
7480         unsigned long __data;
7481         int ret;
7482
7483         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
7484         if (ret)
7485                 return ret;
7486
7487         if (__data == 0)
7488                 bfqd->bfq_max_budget = bfq_calc_max_budget(bfqd);
7489         else {
7490                 if (__data > INT_MAX)
7491                         __data = INT_MAX;
7492                 bfqd->bfq_max_budget = __data;
7493         }
7494
7495         bfqd->bfq_user_max_budget = __data;
7496
7497         return count;
7498 }
7499
7500 /*
7501  * Leaving this name to preserve name compatibility with cfq
7502  * parameters, but this timeout is used for both sync and async.
7503  */
7504 static ssize_t bfq_timeout_sync_store(struct elevator_queue *e,
7505                                       const char *page, size_t count)
7506 {
7507         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
7508         unsigned long __data;
7509         int ret;
7510
7511         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
7512         if (ret)
7513                 return ret;
7514
7515         if (__data < 1)
7516                 __data = 1;
7517         else if (__data > INT_MAX)
7518                 __data = INT_MAX;
7519
7520         bfqd->bfq_timeout = msecs_to_jiffies(__data);
7521         if (bfqd->bfq_user_max_budget == 0)
7522                 bfqd->bfq_max_budget = bfq_calc_max_budget(bfqd);
7523
7524         return count;
7525 }
7526
7527 static ssize_t bfq_strict_guarantees_store(struct elevator_queue *e,
7528                                      const char *page, size_t count)
7529 {
7530         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
7531         unsigned long __data;
7532         int ret;
7533
7534         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
7535         if (ret)
7536                 return ret;
7537
7538         if (__data > 1)
7539                 __data = 1;
7540         if (!bfqd->strict_guarantees && __data == 1
7541             && bfqd->bfq_slice_idle < 8 * NSEC_PER_MSEC)
7542                 bfqd->bfq_slice_idle = 8 * NSEC_PER_MSEC;
7543
7544         bfqd->strict_guarantees = __data;
7545
7546         return count;
7547 }
7548
7549 static ssize_t bfq_low_latency_store(struct elevator_queue *e,
7550                                      const char *page, size_t count)
7551 {
7552         struct bfq_data *bfqd = e->elevator_data;
7553         unsigned long __data;
7554         int ret;
7555
7556         ret = bfq_var_store(&__data, (page));
7557         if (ret)
7558                 return ret;
7559
7560         if (__data > 1)
7561                 __data = 1;
7562         if (__data == 0 && bfqd->low_latency != 0)
7563                 bfq_end_wr(bfqd);
7564         bfqd->low_latency = __data;
7565
7566         return count;
7567 }
7568
7569 #define BFQ_ATTR(name) \
7570         __ATTR(name, 0644, bfq_##name##_show, bfq_##name##_store)
7571
7572 static struct elv_fs_entry bfq_attrs[] = {
7573         BFQ_ATTR(fifo_expire_sync),
7574         BFQ_ATTR(fifo_expire_async),
7575         BFQ_ATTR(back_seek_max),
7576         BFQ_ATTR(back_seek_penalty),
7577         BFQ_ATTR(slice_idle),
7578         BFQ_ATTR(slice_idle_us),
7579         BFQ_ATTR(max_budget),
7580         BFQ_ATTR(timeout_sync),
7581         BFQ_ATTR(strict_guarantees),
7582         BFQ_ATTR(low_latency),
7583         __ATTR_NULL
7584 };
7585
7586 static struct elevator_type iosched_bfq_mq = {
7587         .ops = {
7588                 .limit_depth            = bfq_limit_depth,
7589                 .prepare_request        = bfq_prepare_request,
7590                 .requeue_request        = bfq_finish_requeue_request,
7591                 .finish_request         = bfq_finish_request,
7592                 .exit_icq               = bfq_exit_icq,
7593                 .insert_requests        = bfq_insert_requests,
7594                 .dispatch_request       = bfq_dispatch_request,
7595                 .next_request           = elv_rb_latter_request,
7596                 .former_request         = elv_rb_former_request,
7597                 .allow_merge            = bfq_allow_bio_merge,
7598                 .bio_merge              = bfq_bio_merge,
7599                 .request_merge          = bfq_request_merge,
7600                 .requests_merged        = bfq_requests_merged,
7601                 .request_merged         = bfq_request_merged,
7602                 .has_work               = bfq_has_work,
7603                 .depth_updated          = bfq_depth_updated,
7604                 .init_hctx              = bfq_init_hctx,
7605                 .init_sched             = bfq_init_queue,
7606                 .exit_sched             = bfq_exit_queue,
7607         },
7608
7609         .icq_size =             sizeof(struct bfq_io_cq),
7610         .icq_align =            __alignof__(struct bfq_io_cq),
7611         .elevator_attrs =       bfq_attrs,
7612         .elevator_name =        "bfq",
7613         .elevator_owner =       THIS_MODULE,
7614 };
7615 MODULE_ALIAS("bfq-iosched");
7616
7617 static int __init bfq_init(void)
7618 {
7619         int ret;
7620
7621 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
7622         ret = blkcg_policy_register(&blkcg_policy_bfq);
7623         if (ret)
7624                 return ret;
7625 #endif
7626
7627         ret = -ENOMEM;
7628         if (bfq_slab_setup())
7629                 goto err_pol_unreg;
7630
7631         /*
7632          * Times to load large popular applications for the typical
7633          * systems installed on the reference devices (see the
7634          * comments before the definition of the next
7635          * array). Actually, we use slightly lower values, as the
7636          * estimated peak rate tends to be smaller than the actual
7637          * peak rate.  The reason for this last fact is that estimates
7638          * are computed over much shorter time intervals than the long
7639          * intervals typically used for benchmarking. Why? First, to
7640          * adapt more quickly to variations. Second, because an I/O
7641          * scheduler cannot rely on a peak-rate-evaluation workload to
7642          * be run for a long time.
7643          */
7644         ref_wr_duration[0] = msecs_to_jiffies(7000); /* actually 8 sec */
7645         ref_wr_duration[1] = msecs_to_jiffies(2500); /* actually 3 sec */
7646
7647         ret = elv_register(&iosched_bfq_mq);
7648         if (ret)
7649                 goto slab_kill;
7650
7651         return 0;
7652
7653 slab_kill:
7654         bfq_slab_kill();
7655 err_pol_unreg:
7656 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
7657         blkcg_policy_unregister(&blkcg_policy_bfq);
7658 #endif
7659         return ret;
7660 }
7661
7662 static void __exit bfq_exit(void)
7663 {
7664         elv_unregister(&iosched_bfq_mq);
7665 #ifdef CONFIG_BFQ_GROUP_IOSCHED
7666         blkcg_policy_unregister(&blkcg_policy_bfq);
7667 #endif
7668         bfq_slab_kill();
7669 }
7670
7671 module_init(bfq_init);
7672 module_exit(bfq_exit);
7673
7674 MODULE_AUTHOR("Paolo Valente");
7675 MODULE_LICENSE("GPL");
7676 MODULE_DESCRIPTION("MQ Budget Fair Queueing I/O Scheduler");