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