Merge tag 'for-linus-5.3-2' of git://github.com/cminyard/linux-ipmi
[sfrench/cifs-2.6.git] / Documentation / driver-api / nvdimm / nvdimm.rst
1 ===============================
2 LIBNVDIMM: Non-Volatile Devices
3 ===============================
4
5 libnvdimm - kernel / libndctl - userspace helper library
6
7 linux-nvdimm@lists.01.org
8
9 Version 13
10
11 .. contents:
12
13         Glossary
14         Overview
15             Supporting Documents
16             Git Trees
17         LIBNVDIMM PMEM and BLK
18         Why BLK?
19             PMEM vs BLK
20                 BLK-REGIONs, PMEM-REGIONs, Atomic Sectors, and DAX
21         Example NVDIMM Platform
22         LIBNVDIMM Kernel Device Model and LIBNDCTL Userspace API
23             LIBNDCTL: Context
24                 libndctl: instantiate a new library context example
25             LIBNVDIMM/LIBNDCTL: Bus
26                 libnvdimm: control class device in /sys/class
27                 libnvdimm: bus
28                 libndctl: bus enumeration example
29             LIBNVDIMM/LIBNDCTL: DIMM (NMEM)
30                 libnvdimm: DIMM (NMEM)
31                 libndctl: DIMM enumeration example
32             LIBNVDIMM/LIBNDCTL: Region
33                 libnvdimm: region
34                 libndctl: region enumeration example
35                 Why Not Encode the Region Type into the Region Name?
36                 How Do I Determine the Major Type of a Region?
37             LIBNVDIMM/LIBNDCTL: Namespace
38                 libnvdimm: namespace
39                 libndctl: namespace enumeration example
40                 libndctl: namespace creation example
41                 Why the Term "namespace"?
42             LIBNVDIMM/LIBNDCTL: Block Translation Table "btt"
43                 libnvdimm: btt layout
44                 libndctl: btt creation example
45         Summary LIBNDCTL Diagram
46
47
48 Glossary
49 ========
50
51 PMEM:
52   A system-physical-address range where writes are persistent.  A
53   block device composed of PMEM is capable of DAX.  A PMEM address range
54   may span an interleave of several DIMMs.
55
56 BLK:
57   A set of one or more programmable memory mapped apertures provided
58   by a DIMM to access its media.  This indirection precludes the
59   performance benefit of interleaving, but enables DIMM-bounded failure
60   modes.
61
62 DPA:
63   DIMM Physical Address, is a DIMM-relative offset.  With one DIMM in
64   the system there would be a 1:1 system-physical-address:DPA association.
65   Once more DIMMs are added a memory controller interleave must be
66   decoded to determine the DPA associated with a given
67   system-physical-address.  BLK capacity always has a 1:1 relationship
68   with a single-DIMM's DPA range.
69
70 DAX:
71   File system extensions to bypass the page cache and block layer to
72   mmap persistent memory, from a PMEM block device, directly into a
73   process address space.
74
75 DSM:
76   Device Specific Method: ACPI method to to control specific
77   device - in this case the firmware.
78
79 DCR:
80   NVDIMM Control Region Structure defined in ACPI 6 Section 5.2.25.5.
81   It defines a vendor-id, device-id, and interface format for a given DIMM.
82
83 BTT:
84   Block Translation Table: Persistent memory is byte addressable.
85   Existing software may have an expectation that the power-fail-atomicity
86   of writes is at least one sector, 512 bytes.  The BTT is an indirection
87   table with atomic update semantics to front a PMEM/BLK block device
88   driver and present arbitrary atomic sector sizes.
89
90 LABEL:
91   Metadata stored on a DIMM device that partitions and identifies
92   (persistently names) storage between PMEM and BLK.  It also partitions
93   BLK storage to host BTTs with different parameters per BLK-partition.
94   Note that traditional partition tables, GPT/MBR, are layered on top of a
95   BLK or PMEM device.
96
97
98 Overview
99 ========
100
101 The LIBNVDIMM subsystem provides support for three types of NVDIMMs, namely,
102 PMEM, BLK, and NVDIMM devices that can simultaneously support both PMEM
103 and BLK mode access.  These three modes of operation are described by
104 the "NVDIMM Firmware Interface Table" (NFIT) in ACPI 6.  While the LIBNVDIMM
105 implementation is generic and supports pre-NFIT platforms, it was guided
106 by the superset of capabilities need to support this ACPI 6 definition
107 for NVDIMM resources.  The bulk of the kernel implementation is in place
108 to handle the case where DPA accessible via PMEM is aliased with DPA
109 accessible via BLK.  When that occurs a LABEL is needed to reserve DPA
110 for exclusive access via one mode a time.
111
112 Supporting Documents
113 --------------------
114
115 ACPI 6:
116         http://www.uefi.org/sites/default/files/resources/ACPI_6.0.pdf
117 NVDIMM Namespace:
118         http://pmem.io/documents/NVDIMM_Namespace_Spec.pdf
119 DSM Interface Example:
120         http://pmem.io/documents/NVDIMM_DSM_Interface_Example.pdf
121 Driver Writer's Guide:
122         http://pmem.io/documents/NVDIMM_Driver_Writers_Guide.pdf
123
124 Git Trees
125 ---------
126
127 LIBNVDIMM:
128         https://git.kernel.org/cgit/linux/kernel/git/djbw/nvdimm.git
129 LIBNDCTL:
130         https://github.com/pmem/ndctl.git
131 PMEM:
132         https://github.com/01org/prd
133
134
135 LIBNVDIMM PMEM and BLK
136 ======================
137
138 Prior to the arrival of the NFIT, non-volatile memory was described to a
139 system in various ad-hoc ways.  Usually only the bare minimum was
140 provided, namely, a single system-physical-address range where writes
141 are expected to be durable after a system power loss.  Now, the NFIT
142 specification standardizes not only the description of PMEM, but also
143 BLK and platform message-passing entry points for control and
144 configuration.
145
146 For each NVDIMM access method (PMEM, BLK), LIBNVDIMM provides a block
147 device driver:
148
149     1. PMEM (nd_pmem.ko): Drives a system-physical-address range.  This
150        range is contiguous in system memory and may be interleaved (hardware
151        memory controller striped) across multiple DIMMs.  When interleaved the
152        platform may optionally provide details of which DIMMs are participating
153        in the interleave.
154
155        Note that while LIBNVDIMM describes system-physical-address ranges that may
156        alias with BLK access as ND_NAMESPACE_PMEM ranges and those without
157        alias as ND_NAMESPACE_IO ranges, to the nd_pmem driver there is no
158        distinction.  The different device-types are an implementation detail
159        that userspace can exploit to implement policies like "only interface
160        with address ranges from certain DIMMs".  It is worth noting that when
161        aliasing is present and a DIMM lacks a label, then no block device can
162        be created by default as userspace needs to do at least one allocation
163        of DPA to the PMEM range.  In contrast ND_NAMESPACE_IO ranges, once
164        registered, can be immediately attached to nd_pmem.
165
166     2. BLK (nd_blk.ko): This driver performs I/O using a set of platform
167        defined apertures.  A set of apertures will access just one DIMM.
168        Multiple windows (apertures) allow multiple concurrent accesses, much like
169        tagged-command-queuing, and would likely be used by different threads or
170        different CPUs.
171
172        The NFIT specification defines a standard format for a BLK-aperture, but
173        the spec also allows for vendor specific layouts, and non-NFIT BLK
174        implementations may have other designs for BLK I/O.  For this reason
175        "nd_blk" calls back into platform-specific code to perform the I/O.
176
177        One such implementation is defined in the "Driver Writer's Guide" and "DSM
178        Interface Example".
179
180
181 Why BLK?
182 ========
183
184 While PMEM provides direct byte-addressable CPU-load/store access to
185 NVDIMM storage, it does not provide the best system RAS (recovery,
186 availability, and serviceability) model.  An access to a corrupted
187 system-physical-address address causes a CPU exception while an access
188 to a corrupted address through an BLK-aperture causes that block window
189 to raise an error status in a register.  The latter is more aligned with
190 the standard error model that host-bus-adapter attached disks present.
191
192 Also, if an administrator ever wants to replace a memory it is easier to
193 service a system at DIMM module boundaries.  Compare this to PMEM where
194 data could be interleaved in an opaque hardware specific manner across
195 several DIMMs.
196
197 PMEM vs BLK
198 -----------
199
200 BLK-apertures solve these RAS problems, but their presence is also the
201 major contributing factor to the complexity of the ND subsystem.  They
202 complicate the implementation because PMEM and BLK alias in DPA space.
203 Any given DIMM's DPA-range may contribute to one or more
204 system-physical-address sets of interleaved DIMMs, *and* may also be
205 accessed in its entirety through its BLK-aperture.  Accessing a DPA
206 through a system-physical-address while simultaneously accessing the
207 same DPA through a BLK-aperture has undefined results.  For this reason,
208 DIMMs with this dual interface configuration include a DSM function to
209 store/retrieve a LABEL.  The LABEL effectively partitions the DPA-space
210 into exclusive system-physical-address and BLK-aperture accessible
211 regions.  For simplicity a DIMM is allowed a PMEM "region" per each
212 interleave set in which it is a member.  The remaining DPA space can be
213 carved into an arbitrary number of BLK devices with discontiguous
214 extents.
215
216 BLK-REGIONs, PMEM-REGIONs, Atomic Sectors, and DAX
217 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
218
219 One of the few
220 reasons to allow multiple BLK namespaces per REGION is so that each
221 BLK-namespace can be configured with a BTT with unique atomic sector
222 sizes.  While a PMEM device can host a BTT the LABEL specification does
223 not provide for a sector size to be specified for a PMEM namespace.
224
225 This is due to the expectation that the primary usage model for PMEM is
226 via DAX, and the BTT is incompatible with DAX.  However, for the cases
227 where an application or filesystem still needs atomic sector update
228 guarantees it can register a BTT on a PMEM device or partition.  See
229 LIBNVDIMM/NDCTL: Block Translation Table "btt"
230
231
232 Example NVDIMM Platform
233 =======================
234
235 For the remainder of this document the following diagram will be
236 referenced for any example sysfs layouts::
237
238
239                                (a)               (b)           DIMM   BLK-REGION
240             +-------------------+--------+--------+--------+
241   +------+  |       pm0.0       | blk2.0 | pm1.0  | blk2.1 |    0      region2
242   | imc0 +--+- - - region0- - - +--------+        +--------+
243   +--+---+  |       pm0.0       | blk3.0 | pm1.0  | blk3.1 |    1      region3
244      |      +-------------------+--------v        v--------+
245   +--+---+                               |                 |
246   | cpu0 |                                     region1
247   +--+---+                               |                 |
248      |      +----------------------------^        ^--------+
249   +--+---+  |           blk4.0           | pm1.0  | blk4.0 |    2      region4
250   | imc1 +--+----------------------------|        +--------+
251   +------+  |           blk5.0           | pm1.0  | blk5.0 |    3      region5
252             +----------------------------+--------+--------+
253
254 In this platform we have four DIMMs and two memory controllers in one
255 socket.  Each unique interface (BLK or PMEM) to DPA space is identified
256 by a region device with a dynamically assigned id (REGION0 - REGION5).
257
258     1. The first portion of DIMM0 and DIMM1 are interleaved as REGION0. A
259        single PMEM namespace is created in the REGION0-SPA-range that spans most
260        of DIMM0 and DIMM1 with a user-specified name of "pm0.0". Some of that
261        interleaved system-physical-address range is reclaimed as BLK-aperture
262        accessed space starting at DPA-offset (a) into each DIMM.  In that
263        reclaimed space we create two BLK-aperture "namespaces" from REGION2 and
264        REGION3 where "blk2.0" and "blk3.0" are just human readable names that
265        could be set to any user-desired name in the LABEL.
266
267     2. In the last portion of DIMM0 and DIMM1 we have an interleaved
268        system-physical-address range, REGION1, that spans those two DIMMs as
269        well as DIMM2 and DIMM3.  Some of REGION1 is allocated to a PMEM namespace
270        named "pm1.0", the rest is reclaimed in 4 BLK-aperture namespaces (for
271        each DIMM in the interleave set), "blk2.1", "blk3.1", "blk4.0", and
272        "blk5.0".
273
274     3. The portion of DIMM2 and DIMM3 that do not participate in the REGION1
275        interleaved system-physical-address range (i.e. the DPA address past
276        offset (b) are also included in the "blk4.0" and "blk5.0" namespaces.
277        Note, that this example shows that BLK-aperture namespaces don't need to
278        be contiguous in DPA-space.
279
280     This bus is provided by the kernel under the device
281     /sys/devices/platform/nfit_test.0 when CONFIG_NFIT_TEST is enabled and
282     the nfit_test.ko module is loaded.  This not only test LIBNVDIMM but the
283     acpi_nfit.ko driver as well.
284
285
286 LIBNVDIMM Kernel Device Model and LIBNDCTL Userspace API
287 ========================================================
288
289 What follows is a description of the LIBNVDIMM sysfs layout and a
290 corresponding object hierarchy diagram as viewed through the LIBNDCTL
291 API.  The example sysfs paths and diagrams are relative to the Example
292 NVDIMM Platform which is also the LIBNVDIMM bus used in the LIBNDCTL unit
293 test.
294
295 LIBNDCTL: Context
296 -----------------
297
298 Every API call in the LIBNDCTL library requires a context that holds the
299 logging parameters and other library instance state.  The library is
300 based on the libabc template:
301
302         https://git.kernel.org/cgit/linux/kernel/git/kay/libabc.git
303
304 LIBNDCTL: instantiate a new library context example
305 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
306
307 ::
308
309         struct ndctl_ctx *ctx;
310
311         if (ndctl_new(&ctx) == 0)
312                 return ctx;
313         else
314                 return NULL;
315
316 LIBNVDIMM/LIBNDCTL: Bus
317 -----------------------
318
319 A bus has a 1:1 relationship with an NFIT.  The current expectation for
320 ACPI based systems is that there is only ever one platform-global NFIT.
321 That said, it is trivial to register multiple NFITs, the specification
322 does not preclude it.  The infrastructure supports multiple busses and
323 we use this capability to test multiple NFIT configurations in the unit
324 test.
325
326 LIBNVDIMM: control class device in /sys/class
327 ---------------------------------------------
328
329 This character device accepts DSM messages to be passed to DIMM
330 identified by its NFIT handle::
331
332         /sys/class/nd/ndctl0
333         |-- dev
334         |-- device -> ../../../ndbus0
335         |-- subsystem -> ../../../../../../../class/nd
336
337
338
339 LIBNVDIMM: bus
340 --------------
341
342 ::
343
344         struct nvdimm_bus *nvdimm_bus_register(struct device *parent,
345                struct nvdimm_bus_descriptor *nfit_desc);
346
347 ::
348
349         /sys/devices/platform/nfit_test.0/ndbus0
350         |-- commands
351         |-- nd
352         |-- nfit
353         |-- nmem0
354         |-- nmem1
355         |-- nmem2
356         |-- nmem3
357         |-- power
358         |-- provider
359         |-- region0
360         |-- region1
361         |-- region2
362         |-- region3
363         |-- region4
364         |-- region5
365         |-- uevent
366         `-- wait_probe
367
368 LIBNDCTL: bus enumeration example
369 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
370
371 Find the bus handle that describes the bus from Example NVDIMM Platform::
372
373         static struct ndctl_bus *get_bus_by_provider(struct ndctl_ctx *ctx,
374                         const char *provider)
375         {
376                 struct ndctl_bus *bus;
377
378                 ndctl_bus_foreach(ctx, bus)
379                         if (strcmp(provider, ndctl_bus_get_provider(bus)) == 0)
380                                 return bus;
381
382                 return NULL;
383         }
384
385         bus = get_bus_by_provider(ctx, "nfit_test.0");
386
387
388 LIBNVDIMM/LIBNDCTL: DIMM (NMEM)
389 -------------------------------
390
391 The DIMM device provides a character device for sending commands to
392 hardware, and it is a container for LABELs.  If the DIMM is defined by
393 NFIT then an optional 'nfit' attribute sub-directory is available to add
394 NFIT-specifics.
395
396 Note that the kernel device name for "DIMMs" is "nmemX".  The NFIT
397 describes these devices via "Memory Device to System Physical Address
398 Range Mapping Structure", and there is no requirement that they actually
399 be physical DIMMs, so we use a more generic name.
400
401 LIBNVDIMM: DIMM (NMEM)
402 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
403
404 ::
405
406         struct nvdimm *nvdimm_create(struct nvdimm_bus *nvdimm_bus, void *provider_data,
407                         const struct attribute_group **groups, unsigned long flags,
408                         unsigned long *dsm_mask);
409
410 ::
411
412         /sys/devices/platform/nfit_test.0/ndbus0
413         |-- nmem0
414         |   |-- available_slots
415         |   |-- commands
416         |   |-- dev
417         |   |-- devtype
418         |   |-- driver -> ../../../../../bus/nd/drivers/nvdimm
419         |   |-- modalias
420         |   |-- nfit
421         |   |   |-- device
422         |   |   |-- format
423         |   |   |-- handle
424         |   |   |-- phys_id
425         |   |   |-- rev_id
426         |   |   |-- serial
427         |   |   `-- vendor
428         |   |-- state
429         |   |-- subsystem -> ../../../../../bus/nd
430         |   `-- uevent
431         |-- nmem1
432         [..]
433
434
435 LIBNDCTL: DIMM enumeration example
436 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
437
438 Note, in this example we are assuming NFIT-defined DIMMs which are
439 identified by an "nfit_handle" a 32-bit value where:
440
441    - Bit 3:0 DIMM number within the memory channel
442    - Bit 7:4 memory channel number
443    - Bit 11:8 memory controller ID
444    - Bit 15:12 socket ID (within scope of a Node controller if node
445      controller is present)
446    - Bit 27:16 Node Controller ID
447    - Bit 31:28 Reserved
448
449 ::
450
451         static struct ndctl_dimm *get_dimm_by_handle(struct ndctl_bus *bus,
452                unsigned int handle)
453         {
454                 struct ndctl_dimm *dimm;
455
456                 ndctl_dimm_foreach(bus, dimm)
457                         if (ndctl_dimm_get_handle(dimm) == handle)
458                                 return dimm;
459
460                 return NULL;
461         }
462
463         #define DIMM_HANDLE(n, s, i, c, d) \
464                 (((n & 0xfff) << 16) | ((s & 0xf) << 12) | ((i & 0xf) << 8) \
465                  | ((c & 0xf) << 4) | (d & 0xf))
466
467         dimm = get_dimm_by_handle(bus, DIMM_HANDLE(0, 0, 0, 0, 0));
468
469 LIBNVDIMM/LIBNDCTL: Region
470 --------------------------
471
472 A generic REGION device is registered for each PMEM range or BLK-aperture
473 set.  Per the example there are 6 regions: 2 PMEM and 4 BLK-aperture
474 sets on the "nfit_test.0" bus.  The primary role of regions are to be a
475 container of "mappings".  A mapping is a tuple of <DIMM,
476 DPA-start-offset, length>.
477
478 LIBNVDIMM provides a built-in driver for these REGION devices.  This driver
479 is responsible for reconciling the aliased DPA mappings across all
480 regions, parsing the LABEL, if present, and then emitting NAMESPACE
481 devices with the resolved/exclusive DPA-boundaries for the nd_pmem or
482 nd_blk device driver to consume.
483
484 In addition to the generic attributes of "mapping"s, "interleave_ways"
485 and "size" the REGION device also exports some convenience attributes.
486 "nstype" indicates the integer type of namespace-device this region
487 emits, "devtype" duplicates the DEVTYPE variable stored by udev at the
488 'add' event, "modalias" duplicates the MODALIAS variable stored by udev
489 at the 'add' event, and finally, the optional "spa_index" is provided in
490 the case where the region is defined by a SPA.
491
492 LIBNVDIMM: region::
493
494         struct nd_region *nvdimm_pmem_region_create(struct nvdimm_bus *nvdimm_bus,
495                         struct nd_region_desc *ndr_desc);
496         struct nd_region *nvdimm_blk_region_create(struct nvdimm_bus *nvdimm_bus,
497                         struct nd_region_desc *ndr_desc);
498
499 ::
500
501         /sys/devices/platform/nfit_test.0/ndbus0
502         |-- region0
503         |   |-- available_size
504         |   |-- btt0
505         |   |-- btt_seed
506         |   |-- devtype
507         |   |-- driver -> ../../../../../bus/nd/drivers/nd_region
508         |   |-- init_namespaces
509         |   |-- mapping0
510         |   |-- mapping1
511         |   |-- mappings
512         |   |-- modalias
513         |   |-- namespace0.0
514         |   |-- namespace_seed
515         |   |-- numa_node
516         |   |-- nfit
517         |   |   `-- spa_index
518         |   |-- nstype
519         |   |-- set_cookie
520         |   |-- size
521         |   |-- subsystem -> ../../../../../bus/nd
522         |   `-- uevent
523         |-- region1
524         [..]
525
526 LIBNDCTL: region enumeration example
527 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
528
529 Sample region retrieval routines based on NFIT-unique data like
530 "spa_index" (interleave set id) for PMEM and "nfit_handle" (dimm id) for
531 BLK::
532
533         static struct ndctl_region *get_pmem_region_by_spa_index(struct ndctl_bus *bus,
534                         unsigned int spa_index)
535         {
536                 struct ndctl_region *region;
537
538                 ndctl_region_foreach(bus, region) {
539                         if (ndctl_region_get_type(region) != ND_DEVICE_REGION_PMEM)
540                                 continue;
541                         if (ndctl_region_get_spa_index(region) == spa_index)
542                                 return region;
543                 }
544                 return NULL;
545         }
546
547         static struct ndctl_region *get_blk_region_by_dimm_handle(struct ndctl_bus *bus,
548                         unsigned int handle)
549         {
550                 struct ndctl_region *region;
551
552                 ndctl_region_foreach(bus, region) {
553                         struct ndctl_mapping *map;
554
555                         if (ndctl_region_get_type(region) != ND_DEVICE_REGION_BLOCK)
556                                 continue;
557                         ndctl_mapping_foreach(region, map) {
558                                 struct ndctl_dimm *dimm = ndctl_mapping_get_dimm(map);
559
560                                 if (ndctl_dimm_get_handle(dimm) == handle)
561                                         return region;
562                         }
563                 }
564                 return NULL;
565         }
566
567
568 Why Not Encode the Region Type into the Region Name?
569 ----------------------------------------------------
570
571 At first glance it seems since NFIT defines just PMEM and BLK interface
572 types that we should simply name REGION devices with something derived
573 from those type names.  However, the ND subsystem explicitly keeps the
574 REGION name generic and expects userspace to always consider the
575 region-attributes for four reasons:
576
577     1. There are already more than two REGION and "namespace" types.  For
578        PMEM there are two subtypes.  As mentioned previously we have PMEM where
579        the constituent DIMM devices are known and anonymous PMEM.  For BLK
580        regions the NFIT specification already anticipates vendor specific
581        implementations.  The exact distinction of what a region contains is in
582        the region-attributes not the region-name or the region-devtype.
583
584     2. A region with zero child-namespaces is a possible configuration.  For
585        example, the NFIT allows for a DCR to be published without a
586        corresponding BLK-aperture.  This equates to a DIMM that can only accept
587        control/configuration messages, but no i/o through a descendant block
588        device.  Again, this "type" is advertised in the attributes ('mappings'
589        == 0) and the name does not tell you much.
590
591     3. What if a third major interface type arises in the future?  Outside
592        of vendor specific implementations, it's not difficult to envision a
593        third class of interface type beyond BLK and PMEM.  With a generic name
594        for the REGION level of the device-hierarchy old userspace
595        implementations can still make sense of new kernel advertised
596        region-types.  Userspace can always rely on the generic region
597        attributes like "mappings", "size", etc and the expected child devices
598        named "namespace".  This generic format of the device-model hierarchy
599        allows the LIBNVDIMM and LIBNDCTL implementations to be more uniform and
600        future-proof.
601
602     4. There are more robust mechanisms for determining the major type of a
603        region than a device name.  See the next section, How Do I Determine the
604        Major Type of a Region?
605
606 How Do I Determine the Major Type of a Region?
607 ----------------------------------------------
608
609 Outside of the blanket recommendation of "use libndctl", or simply
610 looking at the kernel header (/usr/include/linux/ndctl.h) to decode the
611 "nstype" integer attribute, here are some other options.
612
613 1. module alias lookup
614 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
615
616     The whole point of region/namespace device type differentiation is to
617     decide which block-device driver will attach to a given LIBNVDIMM namespace.
618     One can simply use the modalias to lookup the resulting module.  It's
619     important to note that this method is robust in the presence of a
620     vendor-specific driver down the road.  If a vendor-specific
621     implementation wants to supplant the standard nd_blk driver it can with
622     minimal impact to the rest of LIBNVDIMM.
623
624     In fact, a vendor may also want to have a vendor-specific region-driver
625     (outside of nd_region).  For example, if a vendor defined its own LABEL
626     format it would need its own region driver to parse that LABEL and emit
627     the resulting namespaces.  The output from module resolution is more
628     accurate than a region-name or region-devtype.
629
630 2. udev
631 ^^^^^^^
632
633     The kernel "devtype" is registered in the udev database::
634
635         # udevadm info --path=/devices/platform/nfit_test.0/ndbus0/region0
636         P: /devices/platform/nfit_test.0/ndbus0/region0
637         E: DEVPATH=/devices/platform/nfit_test.0/ndbus0/region0
638         E: DEVTYPE=nd_pmem
639         E: MODALIAS=nd:t2
640         E: SUBSYSTEM=nd
641
642         # udevadm info --path=/devices/platform/nfit_test.0/ndbus0/region4
643         P: /devices/platform/nfit_test.0/ndbus0/region4
644         E: DEVPATH=/devices/platform/nfit_test.0/ndbus0/region4
645         E: DEVTYPE=nd_blk
646         E: MODALIAS=nd:t3
647         E: SUBSYSTEM=nd
648
649     ...and is available as a region attribute, but keep in mind that the
650     "devtype" does not indicate sub-type variations and scripts should
651     really be understanding the other attributes.
652
653 3. type specific attributes
654 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
655
656     As it currently stands a BLK-aperture region will never have a
657     "nfit/spa_index" attribute, but neither will a non-NFIT PMEM region.  A
658     BLK region with a "mappings" value of 0 is, as mentioned above, a DIMM
659     that does not allow I/O.  A PMEM region with a "mappings" value of zero
660     is a simple system-physical-address range.
661
662
663 LIBNVDIMM/LIBNDCTL: Namespace
664 -----------------------------
665
666 A REGION, after resolving DPA aliasing and LABEL specified boundaries,
667 surfaces one or more "namespace" devices.  The arrival of a "namespace"
668 device currently triggers either the nd_blk or nd_pmem driver to load
669 and register a disk/block device.
670
671 LIBNVDIMM: namespace
672 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
673
674 Here is a sample layout from the three major types of NAMESPACE where
675 namespace0.0 represents DIMM-info-backed PMEM (note that it has a 'uuid'
676 attribute), namespace2.0 represents a BLK namespace (note it has a
677 'sector_size' attribute) that, and namespace6.0 represents an anonymous
678 PMEM namespace (note that has no 'uuid' attribute due to not support a
679 LABEL)::
680
681         /sys/devices/platform/nfit_test.0/ndbus0/region0/namespace0.0
682         |-- alt_name
683         |-- devtype
684         |-- dpa_extents
685         |-- force_raw
686         |-- modalias
687         |-- numa_node
688         |-- resource
689         |-- size
690         |-- subsystem -> ../../../../../../bus/nd
691         |-- type
692         |-- uevent
693         `-- uuid
694         /sys/devices/platform/nfit_test.0/ndbus0/region2/namespace2.0
695         |-- alt_name
696         |-- devtype
697         |-- dpa_extents
698         |-- force_raw
699         |-- modalias
700         |-- numa_node
701         |-- sector_size
702         |-- size
703         |-- subsystem -> ../../../../../../bus/nd
704         |-- type
705         |-- uevent
706         `-- uuid
707         /sys/devices/platform/nfit_test.1/ndbus1/region6/namespace6.0
708         |-- block
709         |   `-- pmem0
710         |-- devtype
711         |-- driver -> ../../../../../../bus/nd/drivers/pmem
712         |-- force_raw
713         |-- modalias
714         |-- numa_node
715         |-- resource
716         |-- size
717         |-- subsystem -> ../../../../../../bus/nd
718         |-- type
719         `-- uevent
720
721 LIBNDCTL: namespace enumeration example
722 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
723 Namespaces are indexed relative to their parent region, example below.
724 These indexes are mostly static from boot to boot, but subsystem makes
725 no guarantees in this regard.  For a static namespace identifier use its
726 'uuid' attribute.
727
728 ::
729
730   static struct ndctl_namespace
731   *get_namespace_by_id(struct ndctl_region *region, unsigned int id)
732   {
733           struct ndctl_namespace *ndns;
734
735           ndctl_namespace_foreach(region, ndns)
736                   if (ndctl_namespace_get_id(ndns) == id)
737                           return ndns;
738
739           return NULL;
740   }
741
742 LIBNDCTL: namespace creation example
743 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
744
745 Idle namespaces are automatically created by the kernel if a given
746 region has enough available capacity to create a new namespace.
747 Namespace instantiation involves finding an idle namespace and
748 configuring it.  For the most part the setting of namespace attributes
749 can occur in any order, the only constraint is that 'uuid' must be set
750 before 'size'.  This enables the kernel to track DPA allocations
751 internally with a static identifier::
752
753   static int configure_namespace(struct ndctl_region *region,
754                   struct ndctl_namespace *ndns,
755                   struct namespace_parameters *parameters)
756   {
757           char devname[50];
758
759           snprintf(devname, sizeof(devname), "namespace%d.%d",
760                           ndctl_region_get_id(region), paramaters->id);
761
762           ndctl_namespace_set_alt_name(ndns, devname);
763           /* 'uuid' must be set prior to setting size! */
764           ndctl_namespace_set_uuid(ndns, paramaters->uuid);
765           ndctl_namespace_set_size(ndns, paramaters->size);
766           /* unlike pmem namespaces, blk namespaces have a sector size */
767           if (parameters->lbasize)
768                   ndctl_namespace_set_sector_size(ndns, parameters->lbasize);
769           ndctl_namespace_enable(ndns);
770   }
771
772
773 Why the Term "namespace"?
774 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
775
776     1. Why not "volume" for instance?  "volume" ran the risk of confusing
777        ND (libnvdimm subsystem) to a volume manager like device-mapper.
778
779     2. The term originated to describe the sub-devices that can be created
780        within a NVME controller (see the nvme specification:
781        http://www.nvmexpress.org/specifications/), and NFIT namespaces are
782        meant to parallel the capabilities and configurability of
783        NVME-namespaces.
784
785
786 LIBNVDIMM/LIBNDCTL: Block Translation Table "btt"
787 -------------------------------------------------
788
789 A BTT (design document: http://pmem.io/2014/09/23/btt.html) is a stacked
790 block device driver that fronts either the whole block device or a
791 partition of a block device emitted by either a PMEM or BLK NAMESPACE.
792
793 LIBNVDIMM: btt layout
794 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
795
796 Every region will start out with at least one BTT device which is the
797 seed device.  To activate it set the "namespace", "uuid", and
798 "sector_size" attributes and then bind the device to the nd_pmem or
799 nd_blk driver depending on the region type::
800
801         /sys/devices/platform/nfit_test.1/ndbus0/region0/btt0/
802         |-- namespace
803         |-- delete
804         |-- devtype
805         |-- modalias
806         |-- numa_node
807         |-- sector_size
808         |-- subsystem -> ../../../../../bus/nd
809         |-- uevent
810         `-- uuid
811
812 LIBNDCTL: btt creation example
813 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
814
815 Similar to namespaces an idle BTT device is automatically created per
816 region.  Each time this "seed" btt device is configured and enabled a new
817 seed is created.  Creating a BTT configuration involves two steps of
818 finding and idle BTT and assigning it to consume a PMEM or BLK namespace::
819
820         static struct ndctl_btt *get_idle_btt(struct ndctl_region *region)
821         {
822                 struct ndctl_btt *btt;
823
824                 ndctl_btt_foreach(region, btt)
825                         if (!ndctl_btt_is_enabled(btt)
826                                         && !ndctl_btt_is_configured(btt))
827                                 return btt;
828
829                 return NULL;
830         }
831
832         static int configure_btt(struct ndctl_region *region,
833                         struct btt_parameters *parameters)
834         {
835                 btt = get_idle_btt(region);
836
837                 ndctl_btt_set_uuid(btt, parameters->uuid);
838                 ndctl_btt_set_sector_size(btt, parameters->sector_size);
839                 ndctl_btt_set_namespace(btt, parameters->ndns);
840                 /* turn off raw mode device */
841                 ndctl_namespace_disable(parameters->ndns);
842                 /* turn on btt access */
843                 ndctl_btt_enable(btt);
844         }
845
846 Once instantiated a new inactive btt seed device will appear underneath
847 the region.
848
849 Once a "namespace" is removed from a BTT that instance of the BTT device
850 will be deleted or otherwise reset to default values.  This deletion is
851 only at the device model level.  In order to destroy a BTT the "info
852 block" needs to be destroyed.  Note, that to destroy a BTT the media
853 needs to be written in raw mode.  By default, the kernel will autodetect
854 the presence of a BTT and disable raw mode.  This autodetect behavior
855 can be suppressed by enabling raw mode for the namespace via the
856 ndctl_namespace_set_raw_mode() API.
857
858
859 Summary LIBNDCTL Diagram
860 ------------------------
861
862 For the given example above, here is the view of the objects as seen by the
863 LIBNDCTL API::
864
865               +---+
866               |CTX|    +---------+   +--------------+  +---------------+
867               +-+-+  +-> REGION0 +---> NAMESPACE0.0 +--> PMEM8 "pm0.0" |
868                 |    | +---------+   +--------------+  +---------------+
869   +-------+     |    | +---------+   +--------------+  +---------------+
870   | DIMM0 <-+   |    +-> REGION1 +---> NAMESPACE1.0 +--> PMEM6 "pm1.0" |
871   +-------+ |   |    | +---------+   +--------------+  +---------------+
872   | DIMM1 <-+ +-v--+ | +---------+   +--------------+  +---------------+
873   +-------+ +-+BUS0+---> REGION2 +-+-> NAMESPACE2.0 +--> ND6  "blk2.0" |
874   | DIMM2 <-+ +----+ | +---------+ | +--------------+  +----------------------+
875   +-------+ |        |             +-> NAMESPACE2.1 +--> ND5  "blk2.1" | BTT2 |
876   | DIMM3 <-+        |               +--------------+  +----------------------+
877   +-------+          | +---------+   +--------------+  +---------------+
878                      +-> REGION3 +-+-> NAMESPACE3.0 +--> ND4  "blk3.0" |
879                      | +---------+ | +--------------+  +----------------------+
880                      |             +-> NAMESPACE3.1 +--> ND3  "blk3.1" | BTT1 |
881                      |               +--------------+  +----------------------+
882                      | +---------+   +--------------+  +---------------+
883                      +-> REGION4 +---> NAMESPACE4.0 +--> ND2  "blk4.0" |
884                      | +---------+   +--------------+  +---------------+
885                      | +---------+   +--------------+  +----------------------+
886                      +-> REGION5 +---> NAMESPACE5.0 +--> ND1  "blk5.0" | BTT0 |
887                        +---------+   +--------------+  +---------------+------+