Add the rt linux 4.1.3-rt3 as base
[kvmfornfv.git] / kernel / drivers / md / bcache / bcache.h
1 #ifndef _BCACHE_H
2 #define _BCACHE_H
3
4 /*
5  * SOME HIGH LEVEL CODE DOCUMENTATION:
6  *
7  * Bcache mostly works with cache sets, cache devices, and backing devices.
8  *
9  * Support for multiple cache devices hasn't quite been finished off yet, but
10  * it's about 95% plumbed through. A cache set and its cache devices is sort of
11  * like a md raid array and its component devices. Most of the code doesn't care
12  * about individual cache devices, the main abstraction is the cache set.
13  *
14  * Multiple cache devices is intended to give us the ability to mirror dirty
15  * cached data and metadata, without mirroring clean cached data.
16  *
17  * Backing devices are different, in that they have a lifetime independent of a
18  * cache set. When you register a newly formatted backing device it'll come up
19  * in passthrough mode, and then you can attach and detach a backing device from
20  * a cache set at runtime - while it's mounted and in use. Detaching implicitly
21  * invalidates any cached data for that backing device.
22  *
23  * A cache set can have multiple (many) backing devices attached to it.
24  *
25  * There's also flash only volumes - this is the reason for the distinction
26  * between struct cached_dev and struct bcache_device. A flash only volume
27  * works much like a bcache device that has a backing device, except the
28  * "cached" data is always dirty. The end result is that we get thin
29  * provisioning with very little additional code.
30  *
31  * Flash only volumes work but they're not production ready because the moving
32  * garbage collector needs more work. More on that later.
33  *
34  * BUCKETS/ALLOCATION:
35  *
36  * Bcache is primarily designed for caching, which means that in normal
37  * operation all of our available space will be allocated. Thus, we need an
38  * efficient way of deleting things from the cache so we can write new things to
39  * it.
40  *
41  * To do this, we first divide the cache device up into buckets. A bucket is the
42  * unit of allocation; they're typically around 1 mb - anywhere from 128k to 2M+
43  * works efficiently.
44  *
45  * Each bucket has a 16 bit priority, and an 8 bit generation associated with
46  * it. The gens and priorities for all the buckets are stored contiguously and
47  * packed on disk (in a linked list of buckets - aside from the superblock, all
48  * of bcache's metadata is stored in buckets).
49  *
50  * The priority is used to implement an LRU. We reset a bucket's priority when
51  * we allocate it or on cache it, and every so often we decrement the priority
52  * of each bucket. It could be used to implement something more sophisticated,
53  * if anyone ever gets around to it.
54  *
55  * The generation is used for invalidating buckets. Each pointer also has an 8
56  * bit generation embedded in it; for a pointer to be considered valid, its gen
57  * must match the gen of the bucket it points into.  Thus, to reuse a bucket all
58  * we have to do is increment its gen (and write its new gen to disk; we batch
59  * this up).
60  *
61  * Bcache is entirely COW - we never write twice to a bucket, even buckets that
62  * contain metadata (including btree nodes).
63  *
64  * THE BTREE:
65  *
66  * Bcache is in large part design around the btree.
67  *
68  * At a high level, the btree is just an index of key -> ptr tuples.
69  *
70  * Keys represent extents, and thus have a size field. Keys also have a variable
71  * number of pointers attached to them (potentially zero, which is handy for
72  * invalidating the cache).
73  *
74  * The key itself is an inode:offset pair. The inode number corresponds to a
75  * backing device or a flash only volume. The offset is the ending offset of the
76  * extent within the inode - not the starting offset; this makes lookups
77  * slightly more convenient.
78  *
79  * Pointers contain the cache device id, the offset on that device, and an 8 bit
80  * generation number. More on the gen later.
81  *
82  * Index lookups are not fully abstracted - cache lookups in particular are
83  * still somewhat mixed in with the btree code, but things are headed in that
84  * direction.
85  *
86  * Updates are fairly well abstracted, though. There are two different ways of
87  * updating the btree; insert and replace.
88  *
89  * BTREE_INSERT will just take a list of keys and insert them into the btree -
90  * overwriting (possibly only partially) any extents they overlap with. This is
91  * used to update the index after a write.
92  *
93  * BTREE_REPLACE is really cmpxchg(); it inserts a key into the btree iff it is
94  * overwriting a key that matches another given key. This is used for inserting
95  * data into the cache after a cache miss, and for background writeback, and for
96  * the moving garbage collector.
97  *
98  * There is no "delete" operation; deleting things from the index is
99  * accomplished by either by invalidating pointers (by incrementing a bucket's
100  * gen) or by inserting a key with 0 pointers - which will overwrite anything
101  * previously present at that location in the index.
102  *
103  * This means that there are always stale/invalid keys in the btree. They're
104  * filtered out by the code that iterates through a btree node, and removed when
105  * a btree node is rewritten.
106  *
107  * BTREE NODES:
108  *
109  * Our unit of allocation is a bucket, and we we can't arbitrarily allocate and
110  * free smaller than a bucket - so, that's how big our btree nodes are.
111  *
112  * (If buckets are really big we'll only use part of the bucket for a btree node
113  * - no less than 1/4th - but a bucket still contains no more than a single
114  * btree node. I'd actually like to change this, but for now we rely on the
115  * bucket's gen for deleting btree nodes when we rewrite/split a node.)
116  *
117  * Anyways, btree nodes are big - big enough to be inefficient with a textbook
118  * btree implementation.
119  *
120  * The way this is solved is that btree nodes are internally log structured; we
121  * can append new keys to an existing btree node without rewriting it. This
122  * means each set of keys we write is sorted, but the node is not.
123  *
124  * We maintain this log structure in memory - keeping 1Mb of keys sorted would
125  * be expensive, and we have to distinguish between the keys we have written and
126  * the keys we haven't. So to do a lookup in a btree node, we have to search
127  * each sorted set. But we do merge written sets together lazily, so the cost of
128  * these extra searches is quite low (normally most of the keys in a btree node
129  * will be in one big set, and then there'll be one or two sets that are much
130  * smaller).
131  *
132  * This log structure makes bcache's btree more of a hybrid between a
133  * conventional btree and a compacting data structure, with some of the
134  * advantages of both.
135  *
136  * GARBAGE COLLECTION:
137  *
138  * We can't just invalidate any bucket - it might contain dirty data or
139  * metadata. If it once contained dirty data, other writes might overwrite it
140  * later, leaving no valid pointers into that bucket in the index.
141  *
142  * Thus, the primary purpose of garbage collection is to find buckets to reuse.
143  * It also counts how much valid data it each bucket currently contains, so that
144  * allocation can reuse buckets sooner when they've been mostly overwritten.
145  *
146  * It also does some things that are really internal to the btree
147  * implementation. If a btree node contains pointers that are stale by more than
148  * some threshold, it rewrites the btree node to avoid the bucket's generation
149  * wrapping around. It also merges adjacent btree nodes if they're empty enough.
150  *
151  * THE JOURNAL:
152  *
153  * Bcache's journal is not necessary for consistency; we always strictly
154  * order metadata writes so that the btree and everything else is consistent on
155  * disk in the event of an unclean shutdown, and in fact bcache had writeback
156  * caching (with recovery from unclean shutdown) before journalling was
157  * implemented.
158  *
159  * Rather, the journal is purely a performance optimization; we can't complete a
160  * write until we've updated the index on disk, otherwise the cache would be
161  * inconsistent in the event of an unclean shutdown. This means that without the
162  * journal, on random write workloads we constantly have to update all the leaf
163  * nodes in the btree, and those writes will be mostly empty (appending at most
164  * a few keys each) - highly inefficient in terms of amount of metadata writes,
165  * and it puts more strain on the various btree resorting/compacting code.
166  *
167  * The journal is just a log of keys we've inserted; on startup we just reinsert
168  * all the keys in the open journal entries. That means that when we're updating
169  * a node in the btree, we can wait until a 4k block of keys fills up before
170  * writing them out.
171  *
172  * For simplicity, we only journal updates to leaf nodes; updates to parent
173  * nodes are rare enough (since our leaf nodes are huge) that it wasn't worth
174  * the complexity to deal with journalling them (in particular, journal replay)
175  * - updates to non leaf nodes just happen synchronously (see btree_split()).
176  */
177
178 #define pr_fmt(fmt) "bcache: %s() " fmt "\n", __func__
179
180 #include <linux/bcache.h>
181 #include <linux/bio.h>
182 #include <linux/kobject.h>
183 #include <linux/list.h>
184 #include <linux/mutex.h>
185 #include <linux/rbtree.h>
186 #include <linux/rwsem.h>
187 #include <linux/types.h>
188 #include <linux/workqueue.h>
189
190 #include "bset.h"
191 #include "util.h"
192 #include "closure.h"
193
194 struct bucket {
195         atomic_t        pin;
196         uint16_t        prio;
197         uint8_t         gen;
198         uint8_t         last_gc; /* Most out of date gen in the btree */
199         uint16_t        gc_mark; /* Bitfield used by GC. See below for field */
200 };
201
202 /*
203  * I'd use bitfields for these, but I don't trust the compiler not to screw me
204  * as multiple threads touch struct bucket without locking
205  */
206
207 BITMASK(GC_MARK,         struct bucket, gc_mark, 0, 2);
208 #define GC_MARK_RECLAIMABLE     1
209 #define GC_MARK_DIRTY           2
210 #define GC_MARK_METADATA        3
211 #define GC_SECTORS_USED_SIZE    13
212 #define MAX_GC_SECTORS_USED     (~(~0ULL << GC_SECTORS_USED_SIZE))
213 BITMASK(GC_SECTORS_USED, struct bucket, gc_mark, 2, GC_SECTORS_USED_SIZE);
214 BITMASK(GC_MOVE, struct bucket, gc_mark, 15, 1);
215
216 #include "journal.h"
217 #include "stats.h"
218 struct search;
219 struct btree;
220 struct keybuf;
221
222 struct keybuf_key {
223         struct rb_node          node;
224         BKEY_PADDED(key);
225         void                    *private;
226 };
227
228 struct keybuf {
229         struct bkey             last_scanned;
230         spinlock_t              lock;
231
232         /*
233          * Beginning and end of range in rb tree - so that we can skip taking
234          * lock and checking the rb tree when we need to check for overlapping
235          * keys.
236          */
237         struct bkey             start;
238         struct bkey             end;
239
240         struct rb_root          keys;
241
242 #define KEYBUF_NR               500
243         DECLARE_ARRAY_ALLOCATOR(struct keybuf_key, freelist, KEYBUF_NR);
244 };
245
246 struct bio_split_pool {
247         struct bio_set          *bio_split;
248         mempool_t               *bio_split_hook;
249 };
250
251 struct bio_split_hook {
252         struct closure          cl;
253         struct bio_split_pool   *p;
254         struct bio              *bio;
255         bio_end_io_t            *bi_end_io;
256         void                    *bi_private;
257 };
258
259 struct bcache_device {
260         struct closure          cl;
261
262         struct kobject          kobj;
263
264         struct cache_set        *c;
265         unsigned                id;
266 #define BCACHEDEVNAME_SIZE      12
267         char                    name[BCACHEDEVNAME_SIZE];
268
269         struct gendisk          *disk;
270
271         unsigned long           flags;
272 #define BCACHE_DEV_CLOSING      0
273 #define BCACHE_DEV_DETACHING    1
274 #define BCACHE_DEV_UNLINK_DONE  2
275
276         unsigned                nr_stripes;
277         unsigned                stripe_size;
278         atomic_t                *stripe_sectors_dirty;
279         unsigned long           *full_dirty_stripes;
280
281         unsigned long           sectors_dirty_last;
282         long                    sectors_dirty_derivative;
283
284         struct bio_set          *bio_split;
285
286         unsigned                data_csum:1;
287
288         int (*cache_miss)(struct btree *, struct search *,
289                           struct bio *, unsigned);
290         int (*ioctl) (struct bcache_device *, fmode_t, unsigned, unsigned long);
291
292         struct bio_split_pool   bio_split_hook;
293 };
294
295 struct io {
296         /* Used to track sequential IO so it can be skipped */
297         struct hlist_node       hash;
298         struct list_head        lru;
299
300         unsigned long           jiffies;
301         unsigned                sequential;
302         sector_t                last;
303 };
304
305 struct cached_dev {
306         struct list_head        list;
307         struct bcache_device    disk;
308         struct block_device     *bdev;
309
310         struct cache_sb         sb;
311         struct bio              sb_bio;
312         struct bio_vec          sb_bv[1];
313         struct closure          sb_write;
314         struct semaphore        sb_write_mutex;
315
316         /* Refcount on the cache set. Always nonzero when we're caching. */
317         atomic_t                count;
318         struct work_struct      detach;
319
320         /*
321          * Device might not be running if it's dirty and the cache set hasn't
322          * showed up yet.
323          */
324         atomic_t                running;
325
326         /*
327          * Writes take a shared lock from start to finish; scanning for dirty
328          * data to refill the rb tree requires an exclusive lock.
329          */
330         struct rw_semaphore     writeback_lock;
331
332         /*
333          * Nonzero, and writeback has a refcount (d->count), iff there is dirty
334          * data in the cache. Protected by writeback_lock; must have an
335          * shared lock to set and exclusive lock to clear.
336          */
337         atomic_t                has_dirty;
338
339         struct bch_ratelimit    writeback_rate;
340         struct delayed_work     writeback_rate_update;
341
342         /*
343          * Internal to the writeback code, so read_dirty() can keep track of
344          * where it's at.
345          */
346         sector_t                last_read;
347
348         /* Limit number of writeback bios in flight */
349         struct semaphore        in_flight;
350         struct task_struct      *writeback_thread;
351
352         struct keybuf           writeback_keys;
353
354         /* For tracking sequential IO */
355 #define RECENT_IO_BITS  7
356 #define RECENT_IO       (1 << RECENT_IO_BITS)
357         struct io               io[RECENT_IO];
358         struct hlist_head       io_hash[RECENT_IO + 1];
359         struct list_head        io_lru;
360         spinlock_t              io_lock;
361
362         struct cache_accounting accounting;
363
364         /* The rest of this all shows up in sysfs */
365         unsigned                sequential_cutoff;
366         unsigned                readahead;
367
368         unsigned                verify:1;
369         unsigned                bypass_torture_test:1;
370
371         unsigned                partial_stripes_expensive:1;
372         unsigned                writeback_metadata:1;
373         unsigned                writeback_running:1;
374         unsigned char           writeback_percent;
375         unsigned                writeback_delay;
376
377         uint64_t                writeback_rate_target;
378         int64_t                 writeback_rate_proportional;
379         int64_t                 writeback_rate_derivative;
380         int64_t                 writeback_rate_change;
381
382         unsigned                writeback_rate_update_seconds;
383         unsigned                writeback_rate_d_term;
384         unsigned                writeback_rate_p_term_inverse;
385 };
386
387 enum alloc_reserve {
388         RESERVE_BTREE,
389         RESERVE_PRIO,
390         RESERVE_MOVINGGC,
391         RESERVE_NONE,
392         RESERVE_NR,
393 };
394
395 struct cache {
396         struct cache_set        *set;
397         struct cache_sb         sb;
398         struct bio              sb_bio;
399         struct bio_vec          sb_bv[1];
400
401         struct kobject          kobj;
402         struct block_device     *bdev;
403
404         struct task_struct      *alloc_thread;
405
406         struct closure          prio;
407         struct prio_set         *disk_buckets;
408
409         /*
410          * When allocating new buckets, prio_write() gets first dibs - since we
411          * may not be allocate at all without writing priorities and gens.
412          * prio_buckets[] contains the last buckets we wrote priorities to (so
413          * gc can mark them as metadata), prio_next[] contains the buckets
414          * allocated for the next prio write.
415          */
416         uint64_t                *prio_buckets;
417         uint64_t                *prio_last_buckets;
418
419         /*
420          * free: Buckets that are ready to be used
421          *
422          * free_inc: Incoming buckets - these are buckets that currently have
423          * cached data in them, and we can't reuse them until after we write
424          * their new gen to disk. After prio_write() finishes writing the new
425          * gens/prios, they'll be moved to the free list (and possibly discarded
426          * in the process)
427          */
428         DECLARE_FIFO(long, free)[RESERVE_NR];
429         DECLARE_FIFO(long, free_inc);
430
431         size_t                  fifo_last_bucket;
432
433         /* Allocation stuff: */
434         struct bucket           *buckets;
435
436         DECLARE_HEAP(struct bucket *, heap);
437
438         /*
439          * If nonzero, we know we aren't going to find any buckets to invalidate
440          * until a gc finishes - otherwise we could pointlessly burn a ton of
441          * cpu
442          */
443         unsigned                invalidate_needs_gc:1;
444
445         bool                    discard; /* Get rid of? */
446
447         struct journal_device   journal;
448
449         /* The rest of this all shows up in sysfs */
450 #define IO_ERROR_SHIFT          20
451         atomic_t                io_errors;
452         atomic_t                io_count;
453
454         atomic_long_t           meta_sectors_written;
455         atomic_long_t           btree_sectors_written;
456         atomic_long_t           sectors_written;
457
458         struct bio_split_pool   bio_split_hook;
459 };
460
461 struct gc_stat {
462         size_t                  nodes;
463         size_t                  key_bytes;
464
465         size_t                  nkeys;
466         uint64_t                data;   /* sectors */
467         unsigned                in_use; /* percent */
468 };
469
470 /*
471  * Flag bits, for how the cache set is shutting down, and what phase it's at:
472  *
473  * CACHE_SET_UNREGISTERING means we're not just shutting down, we're detaching
474  * all the backing devices first (their cached data gets invalidated, and they
475  * won't automatically reattach).
476  *
477  * CACHE_SET_STOPPING always gets set first when we're closing down a cache set;
478  * we'll continue to run normally for awhile with CACHE_SET_STOPPING set (i.e.
479  * flushing dirty data).
480  *
481  * CACHE_SET_RUNNING means all cache devices have been registered and journal
482  * replay is complete.
483  */
484 #define CACHE_SET_UNREGISTERING         0
485 #define CACHE_SET_STOPPING              1
486 #define CACHE_SET_RUNNING               2
487
488 struct cache_set {
489         struct closure          cl;
490
491         struct list_head        list;
492         struct kobject          kobj;
493         struct kobject          internal;
494         struct dentry           *debug;
495         struct cache_accounting accounting;
496
497         unsigned long           flags;
498
499         struct cache_sb         sb;
500
501         struct cache            *cache[MAX_CACHES_PER_SET];
502         struct cache            *cache_by_alloc[MAX_CACHES_PER_SET];
503         int                     caches_loaded;
504
505         struct bcache_device    **devices;
506         struct list_head        cached_devs;
507         uint64_t                cached_dev_sectors;
508         struct closure          caching;
509
510         struct closure          sb_write;
511         struct semaphore        sb_write_mutex;
512
513         mempool_t               *search;
514         mempool_t               *bio_meta;
515         struct bio_set          *bio_split;
516
517         /* For the btree cache */
518         struct shrinker         shrink;
519
520         /* For the btree cache and anything allocation related */
521         struct mutex            bucket_lock;
522
523         /* log2(bucket_size), in sectors */
524         unsigned short          bucket_bits;
525
526         /* log2(block_size), in sectors */
527         unsigned short          block_bits;
528
529         /*
530          * Default number of pages for a new btree node - may be less than a
531          * full bucket
532          */
533         unsigned                btree_pages;
534
535         /*
536          * Lists of struct btrees; lru is the list for structs that have memory
537          * allocated for actual btree node, freed is for structs that do not.
538          *
539          * We never free a struct btree, except on shutdown - we just put it on
540          * the btree_cache_freed list and reuse it later. This simplifies the
541          * code, and it doesn't cost us much memory as the memory usage is
542          * dominated by buffers that hold the actual btree node data and those
543          * can be freed - and the number of struct btrees allocated is
544          * effectively bounded.
545          *
546          * btree_cache_freeable effectively is a small cache - we use it because
547          * high order page allocations can be rather expensive, and it's quite
548          * common to delete and allocate btree nodes in quick succession. It
549          * should never grow past ~2-3 nodes in practice.
550          */
551         struct list_head        btree_cache;
552         struct list_head        btree_cache_freeable;
553         struct list_head        btree_cache_freed;
554
555         /* Number of elements in btree_cache + btree_cache_freeable lists */
556         unsigned                btree_cache_used;
557
558         /*
559          * If we need to allocate memory for a new btree node and that
560          * allocation fails, we can cannibalize another node in the btree cache
561          * to satisfy the allocation - lock to guarantee only one thread does
562          * this at a time:
563          */
564         wait_queue_head_t       btree_cache_wait;
565         struct task_struct      *btree_cache_alloc_lock;
566
567         /*
568          * When we free a btree node, we increment the gen of the bucket the
569          * node is in - but we can't rewrite the prios and gens until we
570          * finished whatever it is we were doing, otherwise after a crash the
571          * btree node would be freed but for say a split, we might not have the
572          * pointers to the new nodes inserted into the btree yet.
573          *
574          * This is a refcount that blocks prio_write() until the new keys are
575          * written.
576          */
577         atomic_t                prio_blocked;
578         wait_queue_head_t       bucket_wait;
579
580         /*
581          * For any bio we don't skip we subtract the number of sectors from
582          * rescale; when it hits 0 we rescale all the bucket priorities.
583          */
584         atomic_t                rescale;
585         /*
586          * When we invalidate buckets, we use both the priority and the amount
587          * of good data to determine which buckets to reuse first - to weight
588          * those together consistently we keep track of the smallest nonzero
589          * priority of any bucket.
590          */
591         uint16_t                min_prio;
592
593         /*
594          * max(gen - last_gc) for all buckets. When it gets too big we have to gc
595          * to keep gens from wrapping around.
596          */
597         uint8_t                 need_gc;
598         struct gc_stat          gc_stats;
599         size_t                  nbuckets;
600
601         struct task_struct      *gc_thread;
602         /* Where in the btree gc currently is */
603         struct bkey             gc_done;
604
605         /*
606          * The allocation code needs gc_mark in struct bucket to be correct, but
607          * it's not while a gc is in progress. Protected by bucket_lock.
608          */
609         int                     gc_mark_valid;
610
611         /* Counts how many sectors bio_insert has added to the cache */
612         atomic_t                sectors_to_gc;
613
614         wait_queue_head_t       moving_gc_wait;
615         struct keybuf           moving_gc_keys;
616         /* Number of moving GC bios in flight */
617         struct semaphore        moving_in_flight;
618
619         struct workqueue_struct *moving_gc_wq;
620
621         struct btree            *root;
622
623 #ifdef CONFIG_BCACHE_DEBUG
624         struct btree            *verify_data;
625         struct bset             *verify_ondisk;
626         struct mutex            verify_lock;
627 #endif
628
629         unsigned                nr_uuids;
630         struct uuid_entry       *uuids;
631         BKEY_PADDED(uuid_bucket);
632         struct closure          uuid_write;
633         struct semaphore        uuid_write_mutex;
634
635         /*
636          * A btree node on disk could have too many bsets for an iterator to fit
637          * on the stack - have to dynamically allocate them
638          */
639         mempool_t               *fill_iter;
640
641         struct bset_sort_state  sort;
642
643         /* List of buckets we're currently writing data to */
644         struct list_head        data_buckets;
645         spinlock_t              data_bucket_lock;
646
647         struct journal          journal;
648
649 #define CONGESTED_MAX           1024
650         unsigned                congested_last_us;
651         atomic_t                congested;
652
653         /* The rest of this all shows up in sysfs */
654         unsigned                congested_read_threshold_us;
655         unsigned                congested_write_threshold_us;
656
657         struct time_stats       btree_gc_time;
658         struct time_stats       btree_split_time;
659         struct time_stats       btree_read_time;
660
661         atomic_long_t           cache_read_races;
662         atomic_long_t           writeback_keys_done;
663         atomic_long_t           writeback_keys_failed;
664
665         enum                    {
666                 ON_ERROR_UNREGISTER,
667                 ON_ERROR_PANIC,
668         }                       on_error;
669         unsigned                error_limit;
670         unsigned                error_decay;
671
672         unsigned short          journal_delay_ms;
673         bool                    expensive_debug_checks;
674         unsigned                verify:1;
675         unsigned                key_merging_disabled:1;
676         unsigned                gc_always_rewrite:1;
677         unsigned                shrinker_disabled:1;
678         unsigned                copy_gc_enabled:1;
679
680 #define BUCKET_HASH_BITS        12
681         struct hlist_head       bucket_hash[1 << BUCKET_HASH_BITS];
682 };
683
684 struct bbio {
685         unsigned                submit_time_us;
686         union {
687                 struct bkey     key;
688                 uint64_t        _pad[3];
689                 /*
690                  * We only need pad = 3 here because we only ever carry around a
691                  * single pointer - i.e. the pointer we're doing io to/from.
692                  */
693         };
694         struct bio              bio;
695 };
696
697 #define BTREE_PRIO              USHRT_MAX
698 #define INITIAL_PRIO            32768U
699
700 #define btree_bytes(c)          ((c)->btree_pages * PAGE_SIZE)
701 #define btree_blocks(b)                                                 \
702         ((unsigned) (KEY_SIZE(&b->key) >> (b)->c->block_bits))
703
704 #define btree_default_blocks(c)                                         \
705         ((unsigned) ((PAGE_SECTORS * (c)->btree_pages) >> (c)->block_bits))
706
707 #define bucket_pages(c)         ((c)->sb.bucket_size / PAGE_SECTORS)
708 #define bucket_bytes(c)         ((c)->sb.bucket_size << 9)
709 #define block_bytes(c)          ((c)->sb.block_size << 9)
710
711 #define prios_per_bucket(c)                             \
712         ((bucket_bytes(c) - sizeof(struct prio_set)) /  \
713          sizeof(struct bucket_disk))
714 #define prio_buckets(c)                                 \
715         DIV_ROUND_UP((size_t) (c)->sb.nbuckets, prios_per_bucket(c))
716
717 static inline size_t sector_to_bucket(struct cache_set *c, sector_t s)
718 {
719         return s >> c->bucket_bits;
720 }
721
722 static inline sector_t bucket_to_sector(struct cache_set *c, size_t b)
723 {
724         return ((sector_t) b) << c->bucket_bits;
725 }
726
727 static inline sector_t bucket_remainder(struct cache_set *c, sector_t s)
728 {
729         return s & (c->sb.bucket_size - 1);
730 }
731
732 static inline struct cache *PTR_CACHE(struct cache_set *c,
733                                       const struct bkey *k,
734                                       unsigned ptr)
735 {
736         return c->cache[PTR_DEV(k, ptr)];
737 }
738
739 static inline size_t PTR_BUCKET_NR(struct cache_set *c,
740                                    const struct bkey *k,
741                                    unsigned ptr)
742 {
743         return sector_to_bucket(c, PTR_OFFSET(k, ptr));
744 }
745
746 static inline struct bucket *PTR_BUCKET(struct cache_set *c,
747                                         const struct bkey *k,
748                                         unsigned ptr)
749 {
750         return PTR_CACHE(c, k, ptr)->buckets + PTR_BUCKET_NR(c, k, ptr);
751 }
752
753 static inline uint8_t gen_after(uint8_t a, uint8_t b)
754 {
755         uint8_t r = a - b;
756         return r > 128U ? 0 : r;
757 }
758
759 static inline uint8_t ptr_stale(struct cache_set *c, const struct bkey *k,
760                                 unsigned i)
761 {
762         return gen_after(PTR_BUCKET(c, k, i)->gen, PTR_GEN(k, i));
763 }
764
765 static inline bool ptr_available(struct cache_set *c, const struct bkey *k,
766                                  unsigned i)
767 {
768         return (PTR_DEV(k, i) < MAX_CACHES_PER_SET) && PTR_CACHE(c, k, i);
769 }
770
771 /* Btree key macros */
772
773 /*
774  * This is used for various on disk data structures - cache_sb, prio_set, bset,
775  * jset: The checksum is _always_ the first 8 bytes of these structs
776  */
777 #define csum_set(i)                                                     \
778         bch_crc64(((void *) (i)) + sizeof(uint64_t),                    \
779                   ((void *) bset_bkey_last(i)) -                        \
780                   (((void *) (i)) + sizeof(uint64_t)))
781
782 /* Error handling macros */
783
784 #define btree_bug(b, ...)                                               \
785 do {                                                                    \
786         if (bch_cache_set_error((b)->c, __VA_ARGS__))                   \
787                 dump_stack();                                           \
788 } while (0)
789
790 #define cache_bug(c, ...)                                               \
791 do {                                                                    \
792         if (bch_cache_set_error(c, __VA_ARGS__))                        \
793                 dump_stack();                                           \
794 } while (0)
795
796 #define btree_bug_on(cond, b, ...)                                      \
797 do {                                                                    \
798         if (cond)                                                       \
799                 btree_bug(b, __VA_ARGS__);                              \
800 } while (0)
801
802 #define cache_bug_on(cond, c, ...)                                      \
803 do {                                                                    \
804         if (cond)                                                       \
805                 cache_bug(c, __VA_ARGS__);                              \
806 } while (0)
807
808 #define cache_set_err_on(cond, c, ...)                                  \
809 do {                                                                    \
810         if (cond)                                                       \
811                 bch_cache_set_error(c, __VA_ARGS__);                    \
812 } while (0)
813
814 /* Looping macros */
815
816 #define for_each_cache(ca, cs, iter)                                    \
817         for (iter = 0; ca = cs->cache[iter], iter < (cs)->sb.nr_in_set; iter++)
818
819 #define for_each_bucket(b, ca)                                          \
820         for (b = (ca)->buckets + (ca)->sb.first_bucket;                 \
821              b < (ca)->buckets + (ca)->sb.nbuckets; b++)
822
823 static inline void cached_dev_put(struct cached_dev *dc)
824 {
825         if (atomic_dec_and_test(&dc->count))
826                 schedule_work(&dc->detach);
827 }
828
829 static inline bool cached_dev_get(struct cached_dev *dc)
830 {
831         if (!atomic_inc_not_zero(&dc->count))
832                 return false;
833
834         /* Paired with the mb in cached_dev_attach */
835         smp_mb__after_atomic();
836         return true;
837 }
838
839 /*
840  * bucket_gc_gen() returns the difference between the bucket's current gen and
841  * the oldest gen of any pointer into that bucket in the btree (last_gc).
842  */
843
844 static inline uint8_t bucket_gc_gen(struct bucket *b)
845 {
846         return b->gen - b->last_gc;
847 }
848
849 #define BUCKET_GC_GEN_MAX       96U
850
851 #define kobj_attribute_write(n, fn)                                     \
852         static struct kobj_attribute ksysfs_##n = __ATTR(n, S_IWUSR, NULL, fn)
853
854 #define kobj_attribute_rw(n, show, store)                               \
855         static struct kobj_attribute ksysfs_##n =                       \
856                 __ATTR(n, S_IWUSR|S_IRUSR, show, store)
857
858 static inline void wake_up_allocators(struct cache_set *c)
859 {
860         struct cache *ca;
861         unsigned i;
862
863         for_each_cache(ca, c, i)
864                 wake_up_process(ca->alloc_thread);
865 }
866
867 /* Forward declarations */
868
869 void bch_count_io_errors(struct cache *, int, const char *);
870 void bch_bbio_count_io_errors(struct cache_set *, struct bio *,
871                               int, const char *);
872 void bch_bbio_endio(struct cache_set *, struct bio *, int, const char *);
873 void bch_bbio_free(struct bio *, struct cache_set *);
874 struct bio *bch_bbio_alloc(struct cache_set *);
875
876 void bch_generic_make_request(struct bio *, struct bio_split_pool *);
877 void __bch_submit_bbio(struct bio *, struct cache_set *);
878 void bch_submit_bbio(struct bio *, struct cache_set *, struct bkey *, unsigned);
879
880 uint8_t bch_inc_gen(struct cache *, struct bucket *);
881 void bch_rescale_priorities(struct cache_set *, int);
882
883 bool bch_can_invalidate_bucket(struct cache *, struct bucket *);
884 void __bch_invalidate_one_bucket(struct cache *, struct bucket *);
885
886 void __bch_bucket_free(struct cache *, struct bucket *);
887 void bch_bucket_free(struct cache_set *, struct bkey *);
888
889 long bch_bucket_alloc(struct cache *, unsigned, bool);
890 int __bch_bucket_alloc_set(struct cache_set *, unsigned,
891                            struct bkey *, int, bool);
892 int bch_bucket_alloc_set(struct cache_set *, unsigned,
893                          struct bkey *, int, bool);
894 bool bch_alloc_sectors(struct cache_set *, struct bkey *, unsigned,
895                        unsigned, unsigned, bool);
896
897 __printf(2, 3)
898 bool bch_cache_set_error(struct cache_set *, const char *, ...);
899
900 void bch_prio_write(struct cache *);
901 void bch_write_bdev_super(struct cached_dev *, struct closure *);
902
903 extern struct workqueue_struct *bcache_wq;
904 extern const char * const bch_cache_modes[];
905 extern struct mutex bch_register_lock;
906 extern struct list_head bch_cache_sets;
907
908 extern struct kobj_type bch_cached_dev_ktype;
909 extern struct kobj_type bch_flash_dev_ktype;
910 extern struct kobj_type bch_cache_set_ktype;
911 extern struct kobj_type bch_cache_set_internal_ktype;
912 extern struct kobj_type bch_cache_ktype;
913
914 void bch_cached_dev_release(struct kobject *);
915 void bch_flash_dev_release(struct kobject *);
916 void bch_cache_set_release(struct kobject *);
917 void bch_cache_release(struct kobject *);
918
919 int bch_uuid_write(struct cache_set *);
920 void bcache_write_super(struct cache_set *);
921
922 int bch_flash_dev_create(struct cache_set *c, uint64_t size);
923
924 int bch_cached_dev_attach(struct cached_dev *, struct cache_set *);
925 void bch_cached_dev_detach(struct cached_dev *);
926 void bch_cached_dev_run(struct cached_dev *);
927 void bcache_device_stop(struct bcache_device *);
928
929 void bch_cache_set_unregister(struct cache_set *);
930 void bch_cache_set_stop(struct cache_set *);
931
932 struct cache_set *bch_cache_set_alloc(struct cache_sb *);
933 void bch_btree_cache_free(struct cache_set *);
934 int bch_btree_cache_alloc(struct cache_set *);
935 void bch_moving_init_cache_set(struct cache_set *);
936 int bch_open_buckets_alloc(struct cache_set *);
937 void bch_open_buckets_free(struct cache_set *);
938
939 int bch_cache_allocator_start(struct cache *ca);
940
941 void bch_debug_exit(void);
942 int bch_debug_init(struct kobject *);
943 void bch_request_exit(void);
944 int bch_request_init(void);
945
946 #endif /* _BCACHE_H */