Merge tag 'apparmor-pr-2018-06-13' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git...
[sfrench/cifs-2.6.git] / drivers / md / bcache / bcache.h
1 /* SPDX-License-Identifier: GPL-2.0 */
2 #ifndef _BCACHE_H
3 #define _BCACHE_H
4
5 /*
6  * SOME HIGH LEVEL CODE DOCUMENTATION:
7  *
8  * Bcache mostly works with cache sets, cache devices, and backing devices.
9  *
10  * Support for multiple cache devices hasn't quite been finished off yet, but
11  * it's about 95% plumbed through. A cache set and its cache devices is sort of
12  * like a md raid array and its component devices. Most of the code doesn't care
13  * about individual cache devices, the main abstraction is the cache set.
14  *
15  * Multiple cache devices is intended to give us the ability to mirror dirty
16  * cached data and metadata, without mirroring clean cached data.
17  *
18  * Backing devices are different, in that they have a lifetime independent of a
19  * cache set. When you register a newly formatted backing device it'll come up
20  * in passthrough mode, and then you can attach and detach a backing device from
21  * a cache set at runtime - while it's mounted and in use. Detaching implicitly
22  * invalidates any cached data for that backing device.
23  *
24  * A cache set can have multiple (many) backing devices attached to it.
25  *
26  * There's also flash only volumes - this is the reason for the distinction
27  * between struct cached_dev and struct bcache_device. A flash only volume
28  * works much like a bcache device that has a backing device, except the
29  * "cached" data is always dirty. The end result is that we get thin
30  * provisioning with very little additional code.
31  *
32  * Flash only volumes work but they're not production ready because the moving
33  * garbage collector needs more work. More on that later.
34  *
35  * BUCKETS/ALLOCATION:
36  *
37  * Bcache is primarily designed for caching, which means that in normal
38  * operation all of our available space will be allocated. Thus, we need an
39  * efficient way of deleting things from the cache so we can write new things to
40  * it.
41  *
42  * To do this, we first divide the cache device up into buckets. A bucket is the
43  * unit of allocation; they're typically around 1 mb - anywhere from 128k to 2M+
44  * works efficiently.
45  *
46  * Each bucket has a 16 bit priority, and an 8 bit generation associated with
47  * it. The gens and priorities for all the buckets are stored contiguously and
48  * packed on disk (in a linked list of buckets - aside from the superblock, all
49  * of bcache's metadata is stored in buckets).
50  *
51  * The priority is used to implement an LRU. We reset a bucket's priority when
52  * we allocate it or on cache it, and every so often we decrement the priority
53  * of each bucket. It could be used to implement something more sophisticated,
54  * if anyone ever gets around to it.
55  *
56  * The generation is used for invalidating buckets. Each pointer also has an 8
57  * bit generation embedded in it; for a pointer to be considered valid, its gen
58  * must match the gen of the bucket it points into.  Thus, to reuse a bucket all
59  * we have to do is increment its gen (and write its new gen to disk; we batch
60  * this up).
61  *
62  * Bcache is entirely COW - we never write twice to a bucket, even buckets that
63  * contain metadata (including btree nodes).
64  *
65  * THE BTREE:
66  *
67  * Bcache is in large part design around the btree.
68  *
69  * At a high level, the btree is just an index of key -> ptr tuples.
70  *
71  * Keys represent extents, and thus have a size field. Keys also have a variable
72  * number of pointers attached to them (potentially zero, which is handy for
73  * invalidating the cache).
74  *
75  * The key itself is an inode:offset pair. The inode number corresponds to a
76  * backing device or a flash only volume. The offset is the ending offset of the
77  * extent within the inode - not the starting offset; this makes lookups
78  * slightly more convenient.
79  *
80  * Pointers contain the cache device id, the offset on that device, and an 8 bit
81  * generation number. More on the gen later.
82  *
83  * Index lookups are not fully abstracted - cache lookups in particular are
84  * still somewhat mixed in with the btree code, but things are headed in that
85  * direction.
86  *
87  * Updates are fairly well abstracted, though. There are two different ways of
88  * updating the btree; insert and replace.
89  *
90  * BTREE_INSERT will just take a list of keys and insert them into the btree -
91  * overwriting (possibly only partially) any extents they overlap with. This is
92  * used to update the index after a write.
93  *
94  * BTREE_REPLACE is really cmpxchg(); it inserts a key into the btree iff it is
95  * overwriting a key that matches another given key. This is used for inserting
96  * data into the cache after a cache miss, and for background writeback, and for
97  * the moving garbage collector.
98  *
99  * There is no "delete" operation; deleting things from the index is
100  * accomplished by either by invalidating pointers (by incrementing a bucket's
101  * gen) or by inserting a key with 0 pointers - which will overwrite anything
102  * previously present at that location in the index.
103  *
104  * This means that there are always stale/invalid keys in the btree. They're
105  * filtered out by the code that iterates through a btree node, and removed when
106  * a btree node is rewritten.
107  *
108  * BTREE NODES:
109  *
110  * Our unit of allocation is a bucket, and we we can't arbitrarily allocate and
111  * free smaller than a bucket - so, that's how big our btree nodes are.
112  *
113  * (If buckets are really big we'll only use part of the bucket for a btree node
114  * - no less than 1/4th - but a bucket still contains no more than a single
115  * btree node. I'd actually like to change this, but for now we rely on the
116  * bucket's gen for deleting btree nodes when we rewrite/split a node.)
117  *
118  * Anyways, btree nodes are big - big enough to be inefficient with a textbook
119  * btree implementation.
120  *
121  * The way this is solved is that btree nodes are internally log structured; we
122  * can append new keys to an existing btree node without rewriting it. This
123  * means each set of keys we write is sorted, but the node is not.
124  *
125  * We maintain this log structure in memory - keeping 1Mb of keys sorted would
126  * be expensive, and we have to distinguish between the keys we have written and
127  * the keys we haven't. So to do a lookup in a btree node, we have to search
128  * each sorted set. But we do merge written sets together lazily, so the cost of
129  * these extra searches is quite low (normally most of the keys in a btree node
130  * will be in one big set, and then there'll be one or two sets that are much
131  * smaller).
132  *
133  * This log structure makes bcache's btree more of a hybrid between a
134  * conventional btree and a compacting data structure, with some of the
135  * advantages of both.
136  *
137  * GARBAGE COLLECTION:
138  *
139  * We can't just invalidate any bucket - it might contain dirty data or
140  * metadata. If it once contained dirty data, other writes might overwrite it
141  * later, leaving no valid pointers into that bucket in the index.
142  *
143  * Thus, the primary purpose of garbage collection is to find buckets to reuse.
144  * It also counts how much valid data it each bucket currently contains, so that
145  * allocation can reuse buckets sooner when they've been mostly overwritten.
146  *
147  * It also does some things that are really internal to the btree
148  * implementation. If a btree node contains pointers that are stale by more than
149  * some threshold, it rewrites the btree node to avoid the bucket's generation
150  * wrapping around. It also merges adjacent btree nodes if they're empty enough.
151  *
152  * THE JOURNAL:
153  *
154  * Bcache's journal is not necessary for consistency; we always strictly
155  * order metadata writes so that the btree and everything else is consistent on
156  * disk in the event of an unclean shutdown, and in fact bcache had writeback
157  * caching (with recovery from unclean shutdown) before journalling was
158  * implemented.
159  *
160  * Rather, the journal is purely a performance optimization; we can't complete a
161  * write until we've updated the index on disk, otherwise the cache would be
162  * inconsistent in the event of an unclean shutdown. This means that without the
163  * journal, on random write workloads we constantly have to update all the leaf
164  * nodes in the btree, and those writes will be mostly empty (appending at most
165  * a few keys each) - highly inefficient in terms of amount of metadata writes,
166  * and it puts more strain on the various btree resorting/compacting code.
167  *
168  * The journal is just a log of keys we've inserted; on startup we just reinsert
169  * all the keys in the open journal entries. That means that when we're updating
170  * a node in the btree, we can wait until a 4k block of keys fills up before
171  * writing them out.
172  *
173  * For simplicity, we only journal updates to leaf nodes; updates to parent
174  * nodes are rare enough (since our leaf nodes are huge) that it wasn't worth
175  * the complexity to deal with journalling them (in particular, journal replay)
176  * - updates to non leaf nodes just happen synchronously (see btree_split()).
177  */
178
179 #define pr_fmt(fmt) "bcache: %s() " fmt "\n", __func__
180
181 #include <linux/bcache.h>
182 #include <linux/bio.h>
183 #include <linux/kobject.h>
184 #include <linux/list.h>
185 #include <linux/mutex.h>
186 #include <linux/rbtree.h>
187 #include <linux/rwsem.h>
188 #include <linux/refcount.h>
189 #include <linux/types.h>
190 #include <linux/workqueue.h>
191 #include <linux/kthread.h>
192
193 #include "bset.h"
194 #include "util.h"
195 #include "closure.h"
196
197 struct bucket {
198         atomic_t        pin;
199         uint16_t        prio;
200         uint8_t         gen;
201         uint8_t         last_gc; /* Most out of date gen in the btree */
202         uint16_t        gc_mark; /* Bitfield used by GC. See below for field */
203 };
204
205 /*
206  * I'd use bitfields for these, but I don't trust the compiler not to screw me
207  * as multiple threads touch struct bucket without locking
208  */
209
210 BITMASK(GC_MARK,         struct bucket, gc_mark, 0, 2);
211 #define GC_MARK_RECLAIMABLE     1
212 #define GC_MARK_DIRTY           2
213 #define GC_MARK_METADATA        3
214 #define GC_SECTORS_USED_SIZE    13
215 #define MAX_GC_SECTORS_USED     (~(~0ULL << GC_SECTORS_USED_SIZE))
216 BITMASK(GC_SECTORS_USED, struct bucket, gc_mark, 2, GC_SECTORS_USED_SIZE);
217 BITMASK(GC_MOVE, struct bucket, gc_mark, 15, 1);
218
219 #include "journal.h"
220 #include "stats.h"
221 struct search;
222 struct btree;
223 struct keybuf;
224
225 struct keybuf_key {
226         struct rb_node          node;
227         BKEY_PADDED(key);
228         void                    *private;
229 };
230
231 struct keybuf {
232         struct bkey             last_scanned;
233         spinlock_t              lock;
234
235         /*
236          * Beginning and end of range in rb tree - so that we can skip taking
237          * lock and checking the rb tree when we need to check for overlapping
238          * keys.
239          */
240         struct bkey             start;
241         struct bkey             end;
242
243         struct rb_root          keys;
244
245 #define KEYBUF_NR               500
246         DECLARE_ARRAY_ALLOCATOR(struct keybuf_key, freelist, KEYBUF_NR);
247 };
248
249 struct bcache_device {
250         struct closure          cl;
251
252         struct kobject          kobj;
253
254         struct cache_set        *c;
255         unsigned                id;
256 #define BCACHEDEVNAME_SIZE      12
257         char                    name[BCACHEDEVNAME_SIZE];
258
259         struct gendisk          *disk;
260
261         unsigned long           flags;
262 #define BCACHE_DEV_CLOSING              0
263 #define BCACHE_DEV_DETACHING            1
264 #define BCACHE_DEV_UNLINK_DONE          2
265 #define BCACHE_DEV_WB_RUNNING           3
266 #define BCACHE_DEV_RATE_DW_RUNNING      4
267         unsigned                nr_stripes;
268         unsigned                stripe_size;
269         atomic_t                *stripe_sectors_dirty;
270         unsigned long           *full_dirty_stripes;
271
272         struct bio_set          bio_split;
273
274         unsigned                data_csum:1;
275
276         int (*cache_miss)(struct btree *, struct search *,
277                           struct bio *, unsigned);
278         int (*ioctl) (struct bcache_device *, fmode_t, unsigned, unsigned long);
279 };
280
281 struct io {
282         /* Used to track sequential IO so it can be skipped */
283         struct hlist_node       hash;
284         struct list_head        lru;
285
286         unsigned long           jiffies;
287         unsigned                sequential;
288         sector_t                last;
289 };
290
291 enum stop_on_failure {
292         BCH_CACHED_DEV_STOP_AUTO = 0,
293         BCH_CACHED_DEV_STOP_ALWAYS,
294         BCH_CACHED_DEV_STOP_MODE_MAX,
295 };
296
297 struct cached_dev {
298         struct list_head        list;
299         struct bcache_device    disk;
300         struct block_device     *bdev;
301
302         struct cache_sb         sb;
303         struct bio              sb_bio;
304         struct bio_vec          sb_bv[1];
305         struct closure          sb_write;
306         struct semaphore        sb_write_mutex;
307
308         /* Refcount on the cache set. Always nonzero when we're caching. */
309         refcount_t              count;
310         struct work_struct      detach;
311
312         /*
313          * Device might not be running if it's dirty and the cache set hasn't
314          * showed up yet.
315          */
316         atomic_t                running;
317
318         /*
319          * Writes take a shared lock from start to finish; scanning for dirty
320          * data to refill the rb tree requires an exclusive lock.
321          */
322         struct rw_semaphore     writeback_lock;
323
324         /*
325          * Nonzero, and writeback has a refcount (d->count), iff there is dirty
326          * data in the cache. Protected by writeback_lock; must have an
327          * shared lock to set and exclusive lock to clear.
328          */
329         atomic_t                has_dirty;
330
331         /*
332          * Set to zero by things that touch the backing volume-- except
333          * writeback.  Incremented by writeback.  Used to determine when to
334          * accelerate idle writeback.
335          */
336         atomic_t                backing_idle;
337
338         struct bch_ratelimit    writeback_rate;
339         struct delayed_work     writeback_rate_update;
340
341         /* Limit number of writeback bios in flight */
342         struct semaphore        in_flight;
343         struct task_struct      *writeback_thread;
344         struct workqueue_struct *writeback_write_wq;
345
346         struct keybuf           writeback_keys;
347
348         struct task_struct      *status_update_thread;
349         /*
350          * Order the write-half of writeback operations strongly in dispatch
351          * order.  (Maintain LBA order; don't allow reads completing out of
352          * order to re-order the writes...)
353          */
354         struct closure_waitlist writeback_ordering_wait;
355         atomic_t                writeback_sequence_next;
356
357         /* For tracking sequential IO */
358 #define RECENT_IO_BITS  7
359 #define RECENT_IO       (1 << RECENT_IO_BITS)
360         struct io               io[RECENT_IO];
361         struct hlist_head       io_hash[RECENT_IO + 1];
362         struct list_head        io_lru;
363         spinlock_t              io_lock;
364
365         struct cache_accounting accounting;
366
367         /* The rest of this all shows up in sysfs */
368         unsigned                sequential_cutoff;
369         unsigned                readahead;
370
371         unsigned                io_disable:1;
372         unsigned                verify:1;
373         unsigned                bypass_torture_test:1;
374
375         unsigned                partial_stripes_expensive:1;
376         unsigned                writeback_metadata:1;
377         unsigned                writeback_running:1;
378         unsigned char           writeback_percent;
379         unsigned                writeback_delay;
380
381         uint64_t                writeback_rate_target;
382         int64_t                 writeback_rate_proportional;
383         int64_t                 writeback_rate_integral;
384         int64_t                 writeback_rate_integral_scaled;
385         int32_t                 writeback_rate_change;
386
387         unsigned                writeback_rate_update_seconds;
388         unsigned                writeback_rate_i_term_inverse;
389         unsigned                writeback_rate_p_term_inverse;
390         unsigned                writeback_rate_minimum;
391
392         enum stop_on_failure    stop_when_cache_set_failed;
393 #define DEFAULT_CACHED_DEV_ERROR_LIMIT  64
394         atomic_t                io_errors;
395         unsigned                error_limit;
396         unsigned                offline_seconds;
397
398         char                    backing_dev_name[BDEVNAME_SIZE];
399 };
400
401 enum alloc_reserve {
402         RESERVE_BTREE,
403         RESERVE_PRIO,
404         RESERVE_MOVINGGC,
405         RESERVE_NONE,
406         RESERVE_NR,
407 };
408
409 struct cache {
410         struct cache_set        *set;
411         struct cache_sb         sb;
412         struct bio              sb_bio;
413         struct bio_vec          sb_bv[1];
414
415         struct kobject          kobj;
416         struct block_device     *bdev;
417
418         struct task_struct      *alloc_thread;
419
420         struct closure          prio;
421         struct prio_set         *disk_buckets;
422
423         /*
424          * When allocating new buckets, prio_write() gets first dibs - since we
425          * may not be allocate at all without writing priorities and gens.
426          * prio_buckets[] contains the last buckets we wrote priorities to (so
427          * gc can mark them as metadata), prio_next[] contains the buckets
428          * allocated for the next prio write.
429          */
430         uint64_t                *prio_buckets;
431         uint64_t                *prio_last_buckets;
432
433         /*
434          * free: Buckets that are ready to be used
435          *
436          * free_inc: Incoming buckets - these are buckets that currently have
437          * cached data in them, and we can't reuse them until after we write
438          * their new gen to disk. After prio_write() finishes writing the new
439          * gens/prios, they'll be moved to the free list (and possibly discarded
440          * in the process)
441          */
442         DECLARE_FIFO(long, free)[RESERVE_NR];
443         DECLARE_FIFO(long, free_inc);
444
445         size_t                  fifo_last_bucket;
446
447         /* Allocation stuff: */
448         struct bucket           *buckets;
449
450         DECLARE_HEAP(struct bucket *, heap);
451
452         /*
453          * If nonzero, we know we aren't going to find any buckets to invalidate
454          * until a gc finishes - otherwise we could pointlessly burn a ton of
455          * cpu
456          */
457         unsigned                invalidate_needs_gc;
458
459         bool                    discard; /* Get rid of? */
460
461         struct journal_device   journal;
462
463         /* The rest of this all shows up in sysfs */
464 #define IO_ERROR_SHIFT          20
465         atomic_t                io_errors;
466         atomic_t                io_count;
467
468         atomic_long_t           meta_sectors_written;
469         atomic_long_t           btree_sectors_written;
470         atomic_long_t           sectors_written;
471
472         char                    cache_dev_name[BDEVNAME_SIZE];
473 };
474
475 struct gc_stat {
476         size_t                  nodes;
477         size_t                  key_bytes;
478
479         size_t                  nkeys;
480         uint64_t                data;   /* sectors */
481         unsigned                in_use; /* percent */
482 };
483
484 /*
485  * Flag bits, for how the cache set is shutting down, and what phase it's at:
486  *
487  * CACHE_SET_UNREGISTERING means we're not just shutting down, we're detaching
488  * all the backing devices first (their cached data gets invalidated, and they
489  * won't automatically reattach).
490  *
491  * CACHE_SET_STOPPING always gets set first when we're closing down a cache set;
492  * we'll continue to run normally for awhile with CACHE_SET_STOPPING set (i.e.
493  * flushing dirty data).
494  *
495  * CACHE_SET_RUNNING means all cache devices have been registered and journal
496  * replay is complete.
497  *
498  * CACHE_SET_IO_DISABLE is set when bcache is stopping the whold cache set, all
499  * external and internal I/O should be denied when this flag is set.
500  *
501  */
502 #define CACHE_SET_UNREGISTERING         0
503 #define CACHE_SET_STOPPING              1
504 #define CACHE_SET_RUNNING               2
505 #define CACHE_SET_IO_DISABLE            3
506
507 struct cache_set {
508         struct closure          cl;
509
510         struct list_head        list;
511         struct kobject          kobj;
512         struct kobject          internal;
513         struct dentry           *debug;
514         struct cache_accounting accounting;
515
516         unsigned long           flags;
517
518         struct cache_sb         sb;
519
520         struct cache            *cache[MAX_CACHES_PER_SET];
521         struct cache            *cache_by_alloc[MAX_CACHES_PER_SET];
522         int                     caches_loaded;
523
524         struct bcache_device    **devices;
525         unsigned                devices_max_used;
526         struct list_head        cached_devs;
527         uint64_t                cached_dev_sectors;
528         struct closure          caching;
529
530         struct closure          sb_write;
531         struct semaphore        sb_write_mutex;
532
533         mempool_t               search;
534         mempool_t               bio_meta;
535         struct bio_set          bio_split;
536
537         /* For the btree cache */
538         struct shrinker         shrink;
539
540         /* For the btree cache and anything allocation related */
541         struct mutex            bucket_lock;
542
543         /* log2(bucket_size), in sectors */
544         unsigned short          bucket_bits;
545
546         /* log2(block_size), in sectors */
547         unsigned short          block_bits;
548
549         /*
550          * Default number of pages for a new btree node - may be less than a
551          * full bucket
552          */
553         unsigned                btree_pages;
554
555         /*
556          * Lists of struct btrees; lru is the list for structs that have memory
557          * allocated for actual btree node, freed is for structs that do not.
558          *
559          * We never free a struct btree, except on shutdown - we just put it on
560          * the btree_cache_freed list and reuse it later. This simplifies the
561          * code, and it doesn't cost us much memory as the memory usage is
562          * dominated by buffers that hold the actual btree node data and those
563          * can be freed - and the number of struct btrees allocated is
564          * effectively bounded.
565          *
566          * btree_cache_freeable effectively is a small cache - we use it because
567          * high order page allocations can be rather expensive, and it's quite
568          * common to delete and allocate btree nodes in quick succession. It
569          * should never grow past ~2-3 nodes in practice.
570          */
571         struct list_head        btree_cache;
572         struct list_head        btree_cache_freeable;
573         struct list_head        btree_cache_freed;
574
575         /* Number of elements in btree_cache + btree_cache_freeable lists */
576         unsigned                btree_cache_used;
577
578         /*
579          * If we need to allocate memory for a new btree node and that
580          * allocation fails, we can cannibalize another node in the btree cache
581          * to satisfy the allocation - lock to guarantee only one thread does
582          * this at a time:
583          */
584         wait_queue_head_t       btree_cache_wait;
585         struct task_struct      *btree_cache_alloc_lock;
586
587         /*
588          * When we free a btree node, we increment the gen of the bucket the
589          * node is in - but we can't rewrite the prios and gens until we
590          * finished whatever it is we were doing, otherwise after a crash the
591          * btree node would be freed but for say a split, we might not have the
592          * pointers to the new nodes inserted into the btree yet.
593          *
594          * This is a refcount that blocks prio_write() until the new keys are
595          * written.
596          */
597         atomic_t                prio_blocked;
598         wait_queue_head_t       bucket_wait;
599
600         /*
601          * For any bio we don't skip we subtract the number of sectors from
602          * rescale; when it hits 0 we rescale all the bucket priorities.
603          */
604         atomic_t                rescale;
605         /*
606          * When we invalidate buckets, we use both the priority and the amount
607          * of good data to determine which buckets to reuse first - to weight
608          * those together consistently we keep track of the smallest nonzero
609          * priority of any bucket.
610          */
611         uint16_t                min_prio;
612
613         /*
614          * max(gen - last_gc) for all buckets. When it gets too big we have to gc
615          * to keep gens from wrapping around.
616          */
617         uint8_t                 need_gc;
618         struct gc_stat          gc_stats;
619         size_t                  nbuckets;
620         size_t                  avail_nbuckets;
621
622         struct task_struct      *gc_thread;
623         /* Where in the btree gc currently is */
624         struct bkey             gc_done;
625
626         /*
627          * The allocation code needs gc_mark in struct bucket to be correct, but
628          * it's not while a gc is in progress. Protected by bucket_lock.
629          */
630         int                     gc_mark_valid;
631
632         /* Counts how many sectors bio_insert has added to the cache */
633         atomic_t                sectors_to_gc;
634         wait_queue_head_t       gc_wait;
635
636         struct keybuf           moving_gc_keys;
637         /* Number of moving GC bios in flight */
638         struct semaphore        moving_in_flight;
639
640         struct workqueue_struct *moving_gc_wq;
641
642         struct btree            *root;
643
644 #ifdef CONFIG_BCACHE_DEBUG
645         struct btree            *verify_data;
646         struct bset             *verify_ondisk;
647         struct mutex            verify_lock;
648 #endif
649
650         unsigned                nr_uuids;
651         struct uuid_entry       *uuids;
652         BKEY_PADDED(uuid_bucket);
653         struct closure          uuid_write;
654         struct semaphore        uuid_write_mutex;
655
656         /*
657          * A btree node on disk could have too many bsets for an iterator to fit
658          * on the stack - have to dynamically allocate them
659          */
660         mempool_t               fill_iter;
661
662         struct bset_sort_state  sort;
663
664         /* List of buckets we're currently writing data to */
665         struct list_head        data_buckets;
666         spinlock_t              data_bucket_lock;
667
668         struct journal          journal;
669
670 #define CONGESTED_MAX           1024
671         unsigned                congested_last_us;
672         atomic_t                congested;
673
674         /* The rest of this all shows up in sysfs */
675         unsigned                congested_read_threshold_us;
676         unsigned                congested_write_threshold_us;
677
678         struct time_stats       btree_gc_time;
679         struct time_stats       btree_split_time;
680         struct time_stats       btree_read_time;
681
682         atomic_long_t           cache_read_races;
683         atomic_long_t           writeback_keys_done;
684         atomic_long_t           writeback_keys_failed;
685
686         atomic_long_t           reclaim;
687         atomic_long_t           flush_write;
688         atomic_long_t           retry_flush_write;
689
690         enum                    {
691                 ON_ERROR_UNREGISTER,
692                 ON_ERROR_PANIC,
693         }                       on_error;
694 #define DEFAULT_IO_ERROR_LIMIT 8
695         unsigned                error_limit;
696         unsigned                error_decay;
697
698         unsigned short          journal_delay_ms;
699         bool                    expensive_debug_checks;
700         unsigned                verify:1;
701         unsigned                key_merging_disabled:1;
702         unsigned                gc_always_rewrite:1;
703         unsigned                shrinker_disabled:1;
704         unsigned                copy_gc_enabled:1;
705
706 #define BUCKET_HASH_BITS        12
707         struct hlist_head       bucket_hash[1 << BUCKET_HASH_BITS];
708
709         DECLARE_HEAP(struct btree *, flush_btree);
710 };
711
712 struct bbio {
713         unsigned                submit_time_us;
714         union {
715                 struct bkey     key;
716                 uint64_t        _pad[3];
717                 /*
718                  * We only need pad = 3 here because we only ever carry around a
719                  * single pointer - i.e. the pointer we're doing io to/from.
720                  */
721         };
722         struct bio              bio;
723 };
724
725 #define BTREE_PRIO              USHRT_MAX
726 #define INITIAL_PRIO            32768U
727
728 #define btree_bytes(c)          ((c)->btree_pages * PAGE_SIZE)
729 #define btree_blocks(b)                                                 \
730         ((unsigned) (KEY_SIZE(&b->key) >> (b)->c->block_bits))
731
732 #define btree_default_blocks(c)                                         \
733         ((unsigned) ((PAGE_SECTORS * (c)->btree_pages) >> (c)->block_bits))
734
735 #define bucket_pages(c)         ((c)->sb.bucket_size / PAGE_SECTORS)
736 #define bucket_bytes(c)         ((c)->sb.bucket_size << 9)
737 #define block_bytes(c)          ((c)->sb.block_size << 9)
738
739 #define prios_per_bucket(c)                             \
740         ((bucket_bytes(c) - sizeof(struct prio_set)) /  \
741          sizeof(struct bucket_disk))
742 #define prio_buckets(c)                                 \
743         DIV_ROUND_UP((size_t) (c)->sb.nbuckets, prios_per_bucket(c))
744
745 static inline size_t sector_to_bucket(struct cache_set *c, sector_t s)
746 {
747         return s >> c->bucket_bits;
748 }
749
750 static inline sector_t bucket_to_sector(struct cache_set *c, size_t b)
751 {
752         return ((sector_t) b) << c->bucket_bits;
753 }
754
755 static inline sector_t bucket_remainder(struct cache_set *c, sector_t s)
756 {
757         return s & (c->sb.bucket_size - 1);
758 }
759
760 static inline struct cache *PTR_CACHE(struct cache_set *c,
761                                       const struct bkey *k,
762                                       unsigned ptr)
763 {
764         return c->cache[PTR_DEV(k, ptr)];
765 }
766
767 static inline size_t PTR_BUCKET_NR(struct cache_set *c,
768                                    const struct bkey *k,
769                                    unsigned ptr)
770 {
771         return sector_to_bucket(c, PTR_OFFSET(k, ptr));
772 }
773
774 static inline struct bucket *PTR_BUCKET(struct cache_set *c,
775                                         const struct bkey *k,
776                                         unsigned ptr)
777 {
778         return PTR_CACHE(c, k, ptr)->buckets + PTR_BUCKET_NR(c, k, ptr);
779 }
780
781 static inline uint8_t gen_after(uint8_t a, uint8_t b)
782 {
783         uint8_t r = a - b;
784         return r > 128U ? 0 : r;
785 }
786
787 static inline uint8_t ptr_stale(struct cache_set *c, const struct bkey *k,
788                                 unsigned i)
789 {
790         return gen_after(PTR_BUCKET(c, k, i)->gen, PTR_GEN(k, i));
791 }
792
793 static inline bool ptr_available(struct cache_set *c, const struct bkey *k,
794                                  unsigned i)
795 {
796         return (PTR_DEV(k, i) < MAX_CACHES_PER_SET) && PTR_CACHE(c, k, i);
797 }
798
799 /* Btree key macros */
800
801 /*
802  * This is used for various on disk data structures - cache_sb, prio_set, bset,
803  * jset: The checksum is _always_ the first 8 bytes of these structs
804  */
805 #define csum_set(i)                                                     \
806         bch_crc64(((void *) (i)) + sizeof(uint64_t),                    \
807                   ((void *) bset_bkey_last(i)) -                        \
808                   (((void *) (i)) + sizeof(uint64_t)))
809
810 /* Error handling macros */
811
812 #define btree_bug(b, ...)                                               \
813 do {                                                                    \
814         if (bch_cache_set_error((b)->c, __VA_ARGS__))                   \
815                 dump_stack();                                           \
816 } while (0)
817
818 #define cache_bug(c, ...)                                               \
819 do {                                                                    \
820         if (bch_cache_set_error(c, __VA_ARGS__))                        \
821                 dump_stack();                                           \
822 } while (0)
823
824 #define btree_bug_on(cond, b, ...)                                      \
825 do {                                                                    \
826         if (cond)                                                       \
827                 btree_bug(b, __VA_ARGS__);                              \
828 } while (0)
829
830 #define cache_bug_on(cond, c, ...)                                      \
831 do {                                                                    \
832         if (cond)                                                       \
833                 cache_bug(c, __VA_ARGS__);                              \
834 } while (0)
835
836 #define cache_set_err_on(cond, c, ...)                                  \
837 do {                                                                    \
838         if (cond)                                                       \
839                 bch_cache_set_error(c, __VA_ARGS__);                    \
840 } while (0)
841
842 /* Looping macros */
843
844 #define for_each_cache(ca, cs, iter)                                    \
845         for (iter = 0; ca = cs->cache[iter], iter < (cs)->sb.nr_in_set; iter++)
846
847 #define for_each_bucket(b, ca)                                          \
848         for (b = (ca)->buckets + (ca)->sb.first_bucket;                 \
849              b < (ca)->buckets + (ca)->sb.nbuckets; b++)
850
851 static inline void cached_dev_put(struct cached_dev *dc)
852 {
853         if (refcount_dec_and_test(&dc->count))
854                 schedule_work(&dc->detach);
855 }
856
857 static inline bool cached_dev_get(struct cached_dev *dc)
858 {
859         if (!refcount_inc_not_zero(&dc->count))
860                 return false;
861
862         /* Paired with the mb in cached_dev_attach */
863         smp_mb__after_atomic();
864         return true;
865 }
866
867 /*
868  * bucket_gc_gen() returns the difference between the bucket's current gen and
869  * the oldest gen of any pointer into that bucket in the btree (last_gc).
870  */
871
872 static inline uint8_t bucket_gc_gen(struct bucket *b)
873 {
874         return b->gen - b->last_gc;
875 }
876
877 #define BUCKET_GC_GEN_MAX       96U
878
879 #define kobj_attribute_write(n, fn)                                     \
880         static struct kobj_attribute ksysfs_##n = __ATTR(n, S_IWUSR, NULL, fn)
881
882 #define kobj_attribute_rw(n, show, store)                               \
883         static struct kobj_attribute ksysfs_##n =                       \
884                 __ATTR(n, S_IWUSR|S_IRUSR, show, store)
885
886 static inline void wake_up_allocators(struct cache_set *c)
887 {
888         struct cache *ca;
889         unsigned i;
890
891         for_each_cache(ca, c, i)
892                 wake_up_process(ca->alloc_thread);
893 }
894
895 static inline void closure_bio_submit(struct cache_set *c,
896                                       struct bio *bio,
897                                       struct closure *cl)
898 {
899         closure_get(cl);
900         if (unlikely(test_bit(CACHE_SET_IO_DISABLE, &c->flags))) {
901                 bio->bi_status = BLK_STS_IOERR;
902                 bio_endio(bio);
903                 return;
904         }
905         generic_make_request(bio);
906 }
907
908 /*
909  * Prevent the kthread exits directly, and make sure when kthread_stop()
910  * is called to stop a kthread, it is still alive. If a kthread might be
911  * stopped by CACHE_SET_IO_DISABLE bit set, wait_for_kthread_stop() is
912  * necessary before the kthread returns.
913  */
914 static inline void wait_for_kthread_stop(void)
915 {
916         while (!kthread_should_stop()) {
917                 set_current_state(TASK_INTERRUPTIBLE);
918                 schedule();
919         }
920 }
921
922 /* Forward declarations */
923
924 void bch_count_backing_io_errors(struct cached_dev *dc, struct bio *bio);
925 void bch_count_io_errors(struct cache *, blk_status_t, int, const char *);
926 void bch_bbio_count_io_errors(struct cache_set *, struct bio *,
927                               blk_status_t, const char *);
928 void bch_bbio_endio(struct cache_set *, struct bio *, blk_status_t,
929                 const char *);
930 void bch_bbio_free(struct bio *, struct cache_set *);
931 struct bio *bch_bbio_alloc(struct cache_set *);
932
933 void __bch_submit_bbio(struct bio *, struct cache_set *);
934 void bch_submit_bbio(struct bio *, struct cache_set *, struct bkey *, unsigned);
935
936 uint8_t bch_inc_gen(struct cache *, struct bucket *);
937 void bch_rescale_priorities(struct cache_set *, int);
938
939 bool bch_can_invalidate_bucket(struct cache *, struct bucket *);
940 void __bch_invalidate_one_bucket(struct cache *, struct bucket *);
941
942 void __bch_bucket_free(struct cache *, struct bucket *);
943 void bch_bucket_free(struct cache_set *, struct bkey *);
944
945 long bch_bucket_alloc(struct cache *, unsigned, bool);
946 int __bch_bucket_alloc_set(struct cache_set *, unsigned,
947                            struct bkey *, int, bool);
948 int bch_bucket_alloc_set(struct cache_set *, unsigned,
949                          struct bkey *, int, bool);
950 bool bch_alloc_sectors(struct cache_set *, struct bkey *, unsigned,
951                        unsigned, unsigned, bool);
952 bool bch_cached_dev_error(struct cached_dev *dc);
953
954 __printf(2, 3)
955 bool bch_cache_set_error(struct cache_set *, const char *, ...);
956
957 void bch_prio_write(struct cache *);
958 void bch_write_bdev_super(struct cached_dev *, struct closure *);
959
960 extern struct workqueue_struct *bcache_wq;
961 extern struct mutex bch_register_lock;
962 extern struct list_head bch_cache_sets;
963
964 extern struct kobj_type bch_cached_dev_ktype;
965 extern struct kobj_type bch_flash_dev_ktype;
966 extern struct kobj_type bch_cache_set_ktype;
967 extern struct kobj_type bch_cache_set_internal_ktype;
968 extern struct kobj_type bch_cache_ktype;
969
970 void bch_cached_dev_release(struct kobject *);
971 void bch_flash_dev_release(struct kobject *);
972 void bch_cache_set_release(struct kobject *);
973 void bch_cache_release(struct kobject *);
974
975 int bch_uuid_write(struct cache_set *);
976 void bcache_write_super(struct cache_set *);
977
978 int bch_flash_dev_create(struct cache_set *c, uint64_t size);
979
980 int bch_cached_dev_attach(struct cached_dev *, struct cache_set *, uint8_t *);
981 void bch_cached_dev_detach(struct cached_dev *);
982 void bch_cached_dev_run(struct cached_dev *);
983 void bcache_device_stop(struct bcache_device *);
984
985 void bch_cache_set_unregister(struct cache_set *);
986 void bch_cache_set_stop(struct cache_set *);
987
988 struct cache_set *bch_cache_set_alloc(struct cache_sb *);
989 void bch_btree_cache_free(struct cache_set *);
990 int bch_btree_cache_alloc(struct cache_set *);
991 void bch_moving_init_cache_set(struct cache_set *);
992 int bch_open_buckets_alloc(struct cache_set *);
993 void bch_open_buckets_free(struct cache_set *);
994
995 int bch_cache_allocator_start(struct cache *ca);
996
997 void bch_debug_exit(void);
998 int bch_debug_init(struct kobject *);
999 void bch_request_exit(void);
1000 int bch_request_init(void);
1001
1002 #endif /* _BCACHE_H */