ata: pata_pdc2027x: Replace mdelay with msleep
[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
192 #include "bset.h"
193 #include "util.h"
194 #include "closure.h"
195
196 struct bucket {
197         atomic_t        pin;
198         uint16_t        prio;
199         uint8_t         gen;
200         uint8_t         last_gc; /* Most out of date gen in the btree */
201         uint16_t        gc_mark; /* Bitfield used by GC. See below for field */
202 };
203
204 /*
205  * I'd use bitfields for these, but I don't trust the compiler not to screw me
206  * as multiple threads touch struct bucket without locking
207  */
208
209 BITMASK(GC_MARK,         struct bucket, gc_mark, 0, 2);
210 #define GC_MARK_RECLAIMABLE     1
211 #define GC_MARK_DIRTY           2
212 #define GC_MARK_METADATA        3
213 #define GC_SECTORS_USED_SIZE    13
214 #define MAX_GC_SECTORS_USED     (~(~0ULL << GC_SECTORS_USED_SIZE))
215 BITMASK(GC_SECTORS_USED, struct bucket, gc_mark, 2, GC_SECTORS_USED_SIZE);
216 BITMASK(GC_MOVE, struct bucket, gc_mark, 15, 1);
217
218 #include "journal.h"
219 #include "stats.h"
220 struct search;
221 struct btree;
222 struct keybuf;
223
224 struct keybuf_key {
225         struct rb_node          node;
226         BKEY_PADDED(key);
227         void                    *private;
228 };
229
230 struct keybuf {
231         struct bkey             last_scanned;
232         spinlock_t              lock;
233
234         /*
235          * Beginning and end of range in rb tree - so that we can skip taking
236          * lock and checking the rb tree when we need to check for overlapping
237          * keys.
238          */
239         struct bkey             start;
240         struct bkey             end;
241
242         struct rb_root          keys;
243
244 #define KEYBUF_NR               500
245         DECLARE_ARRAY_ALLOCATOR(struct keybuf_key, freelist, KEYBUF_NR);
246 };
247
248 struct bcache_device {
249         struct closure          cl;
250
251         struct kobject          kobj;
252
253         struct cache_set        *c;
254         unsigned                id;
255 #define BCACHEDEVNAME_SIZE      12
256         char                    name[BCACHEDEVNAME_SIZE];
257
258         struct gendisk          *disk;
259
260         unsigned long           flags;
261 #define BCACHE_DEV_CLOSING      0
262 #define BCACHE_DEV_DETACHING    1
263 #define BCACHE_DEV_UNLINK_DONE  2
264
265         unsigned                nr_stripes;
266         unsigned                stripe_size;
267         atomic_t                *stripe_sectors_dirty;
268         unsigned long           *full_dirty_stripes;
269
270         struct bio_set          *bio_split;
271
272         unsigned                data_csum:1;
273
274         int (*cache_miss)(struct btree *, struct search *,
275                           struct bio *, unsigned);
276         int (*ioctl) (struct bcache_device *, fmode_t, unsigned, unsigned long);
277 };
278
279 struct io {
280         /* Used to track sequential IO so it can be skipped */
281         struct hlist_node       hash;
282         struct list_head        lru;
283
284         unsigned long           jiffies;
285         unsigned                sequential;
286         sector_t                last;
287 };
288
289 struct cached_dev {
290         struct list_head        list;
291         struct bcache_device    disk;
292         struct block_device     *bdev;
293
294         struct cache_sb         sb;
295         struct bio              sb_bio;
296         struct bio_vec          sb_bv[1];
297         struct closure          sb_write;
298         struct semaphore        sb_write_mutex;
299
300         /* Refcount on the cache set. Always nonzero when we're caching. */
301         refcount_t              count;
302         struct work_struct      detach;
303
304         /*
305          * Device might not be running if it's dirty and the cache set hasn't
306          * showed up yet.
307          */
308         atomic_t                running;
309
310         /*
311          * Writes take a shared lock from start to finish; scanning for dirty
312          * data to refill the rb tree requires an exclusive lock.
313          */
314         struct rw_semaphore     writeback_lock;
315
316         /*
317          * Nonzero, and writeback has a refcount (d->count), iff there is dirty
318          * data in the cache. Protected by writeback_lock; must have an
319          * shared lock to set and exclusive lock to clear.
320          */
321         atomic_t                has_dirty;
322
323         struct bch_ratelimit    writeback_rate;
324         struct delayed_work     writeback_rate_update;
325
326         /*
327          * Internal to the writeback code, so read_dirty() can keep track of
328          * where it's at.
329          */
330         sector_t                last_read;
331
332         /* Limit number of writeback bios in flight */
333         struct semaphore        in_flight;
334         struct task_struct      *writeback_thread;
335         struct workqueue_struct *writeback_write_wq;
336
337         struct keybuf           writeback_keys;
338
339         /* For tracking sequential IO */
340 #define RECENT_IO_BITS  7
341 #define RECENT_IO       (1 << RECENT_IO_BITS)
342         struct io               io[RECENT_IO];
343         struct hlist_head       io_hash[RECENT_IO + 1];
344         struct list_head        io_lru;
345         spinlock_t              io_lock;
346
347         struct cache_accounting accounting;
348
349         /* The rest of this all shows up in sysfs */
350         unsigned                sequential_cutoff;
351         unsigned                readahead;
352
353         unsigned                verify:1;
354         unsigned                bypass_torture_test:1;
355
356         unsigned                partial_stripes_expensive:1;
357         unsigned                writeback_metadata:1;
358         unsigned                writeback_running:1;
359         unsigned char           writeback_percent;
360         unsigned                writeback_delay;
361
362         uint64_t                writeback_rate_target;
363         int64_t                 writeback_rate_proportional;
364         int64_t                 writeback_rate_integral;
365         int64_t                 writeback_rate_integral_scaled;
366         int32_t                 writeback_rate_change;
367
368         unsigned                writeback_rate_update_seconds;
369         unsigned                writeback_rate_i_term_inverse;
370         unsigned                writeback_rate_p_term_inverse;
371         unsigned                writeback_rate_minimum;
372 };
373
374 enum alloc_reserve {
375         RESERVE_BTREE,
376         RESERVE_PRIO,
377         RESERVE_MOVINGGC,
378         RESERVE_NONE,
379         RESERVE_NR,
380 };
381
382 struct cache {
383         struct cache_set        *set;
384         struct cache_sb         sb;
385         struct bio              sb_bio;
386         struct bio_vec          sb_bv[1];
387
388         struct kobject          kobj;
389         struct block_device     *bdev;
390
391         struct task_struct      *alloc_thread;
392
393         struct closure          prio;
394         struct prio_set         *disk_buckets;
395
396         /*
397          * When allocating new buckets, prio_write() gets first dibs - since we
398          * may not be allocate at all without writing priorities and gens.
399          * prio_buckets[] contains the last buckets we wrote priorities to (so
400          * gc can mark them as metadata), prio_next[] contains the buckets
401          * allocated for the next prio write.
402          */
403         uint64_t                *prio_buckets;
404         uint64_t                *prio_last_buckets;
405
406         /*
407          * free: Buckets that are ready to be used
408          *
409          * free_inc: Incoming buckets - these are buckets that currently have
410          * cached data in them, and we can't reuse them until after we write
411          * their new gen to disk. After prio_write() finishes writing the new
412          * gens/prios, they'll be moved to the free list (and possibly discarded
413          * in the process)
414          */
415         DECLARE_FIFO(long, free)[RESERVE_NR];
416         DECLARE_FIFO(long, free_inc);
417
418         size_t                  fifo_last_bucket;
419
420         /* Allocation stuff: */
421         struct bucket           *buckets;
422
423         DECLARE_HEAP(struct bucket *, heap);
424
425         /*
426          * If nonzero, we know we aren't going to find any buckets to invalidate
427          * until a gc finishes - otherwise we could pointlessly burn a ton of
428          * cpu
429          */
430         unsigned                invalidate_needs_gc;
431
432         bool                    discard; /* Get rid of? */
433
434         struct journal_device   journal;
435
436         /* The rest of this all shows up in sysfs */
437 #define IO_ERROR_SHIFT          20
438         atomic_t                io_errors;
439         atomic_t                io_count;
440
441         atomic_long_t           meta_sectors_written;
442         atomic_long_t           btree_sectors_written;
443         atomic_long_t           sectors_written;
444 };
445
446 struct gc_stat {
447         size_t                  nodes;
448         size_t                  key_bytes;
449
450         size_t                  nkeys;
451         uint64_t                data;   /* sectors */
452         unsigned                in_use; /* percent */
453 };
454
455 /*
456  * Flag bits, for how the cache set is shutting down, and what phase it's at:
457  *
458  * CACHE_SET_UNREGISTERING means we're not just shutting down, we're detaching
459  * all the backing devices first (their cached data gets invalidated, and they
460  * won't automatically reattach).
461  *
462  * CACHE_SET_STOPPING always gets set first when we're closing down a cache set;
463  * we'll continue to run normally for awhile with CACHE_SET_STOPPING set (i.e.
464  * flushing dirty data).
465  *
466  * CACHE_SET_RUNNING means all cache devices have been registered and journal
467  * replay is complete.
468  */
469 #define CACHE_SET_UNREGISTERING         0
470 #define CACHE_SET_STOPPING              1
471 #define CACHE_SET_RUNNING               2
472
473 struct cache_set {
474         struct closure          cl;
475
476         struct list_head        list;
477         struct kobject          kobj;
478         struct kobject          internal;
479         struct dentry           *debug;
480         struct cache_accounting accounting;
481
482         unsigned long           flags;
483
484         struct cache_sb         sb;
485
486         struct cache            *cache[MAX_CACHES_PER_SET];
487         struct cache            *cache_by_alloc[MAX_CACHES_PER_SET];
488         int                     caches_loaded;
489
490         struct bcache_device    **devices;
491         struct list_head        cached_devs;
492         uint64_t                cached_dev_sectors;
493         struct closure          caching;
494
495         struct closure          sb_write;
496         struct semaphore        sb_write_mutex;
497
498         mempool_t               *search;
499         mempool_t               *bio_meta;
500         struct bio_set          *bio_split;
501
502         /* For the btree cache */
503         struct shrinker         shrink;
504
505         /* For the btree cache and anything allocation related */
506         struct mutex            bucket_lock;
507
508         /* log2(bucket_size), in sectors */
509         unsigned short          bucket_bits;
510
511         /* log2(block_size), in sectors */
512         unsigned short          block_bits;
513
514         /*
515          * Default number of pages for a new btree node - may be less than a
516          * full bucket
517          */
518         unsigned                btree_pages;
519
520         /*
521          * Lists of struct btrees; lru is the list for structs that have memory
522          * allocated for actual btree node, freed is for structs that do not.
523          *
524          * We never free a struct btree, except on shutdown - we just put it on
525          * the btree_cache_freed list and reuse it later. This simplifies the
526          * code, and it doesn't cost us much memory as the memory usage is
527          * dominated by buffers that hold the actual btree node data and those
528          * can be freed - and the number of struct btrees allocated is
529          * effectively bounded.
530          *
531          * btree_cache_freeable effectively is a small cache - we use it because
532          * high order page allocations can be rather expensive, and it's quite
533          * common to delete and allocate btree nodes in quick succession. It
534          * should never grow past ~2-3 nodes in practice.
535          */
536         struct list_head        btree_cache;
537         struct list_head        btree_cache_freeable;
538         struct list_head        btree_cache_freed;
539
540         /* Number of elements in btree_cache + btree_cache_freeable lists */
541         unsigned                btree_cache_used;
542
543         /*
544          * If we need to allocate memory for a new btree node and that
545          * allocation fails, we can cannibalize another node in the btree cache
546          * to satisfy the allocation - lock to guarantee only one thread does
547          * this at a time:
548          */
549         wait_queue_head_t       btree_cache_wait;
550         struct task_struct      *btree_cache_alloc_lock;
551
552         /*
553          * When we free a btree node, we increment the gen of the bucket the
554          * node is in - but we can't rewrite the prios and gens until we
555          * finished whatever it is we were doing, otherwise after a crash the
556          * btree node would be freed but for say a split, we might not have the
557          * pointers to the new nodes inserted into the btree yet.
558          *
559          * This is a refcount that blocks prio_write() until the new keys are
560          * written.
561          */
562         atomic_t                prio_blocked;
563         wait_queue_head_t       bucket_wait;
564
565         /*
566          * For any bio we don't skip we subtract the number of sectors from
567          * rescale; when it hits 0 we rescale all the bucket priorities.
568          */
569         atomic_t                rescale;
570         /*
571          * When we invalidate buckets, we use both the priority and the amount
572          * of good data to determine which buckets to reuse first - to weight
573          * those together consistently we keep track of the smallest nonzero
574          * priority of any bucket.
575          */
576         uint16_t                min_prio;
577
578         /*
579          * max(gen - last_gc) for all buckets. When it gets too big we have to gc
580          * to keep gens from wrapping around.
581          */
582         uint8_t                 need_gc;
583         struct gc_stat          gc_stats;
584         size_t                  nbuckets;
585         size_t                  avail_nbuckets;
586
587         struct task_struct      *gc_thread;
588         /* Where in the btree gc currently is */
589         struct bkey             gc_done;
590
591         /*
592          * The allocation code needs gc_mark in struct bucket to be correct, but
593          * it's not while a gc is in progress. Protected by bucket_lock.
594          */
595         int                     gc_mark_valid;
596
597         /* Counts how many sectors bio_insert has added to the cache */
598         atomic_t                sectors_to_gc;
599         wait_queue_head_t       gc_wait;
600
601         struct keybuf           moving_gc_keys;
602         /* Number of moving GC bios in flight */
603         struct semaphore        moving_in_flight;
604
605         struct workqueue_struct *moving_gc_wq;
606
607         struct btree            *root;
608
609 #ifdef CONFIG_BCACHE_DEBUG
610         struct btree            *verify_data;
611         struct bset             *verify_ondisk;
612         struct mutex            verify_lock;
613 #endif
614
615         unsigned                nr_uuids;
616         struct uuid_entry       *uuids;
617         BKEY_PADDED(uuid_bucket);
618         struct closure          uuid_write;
619         struct semaphore        uuid_write_mutex;
620
621         /*
622          * A btree node on disk could have too many bsets for an iterator to fit
623          * on the stack - have to dynamically allocate them
624          */
625         mempool_t               *fill_iter;
626
627         struct bset_sort_state  sort;
628
629         /* List of buckets we're currently writing data to */
630         struct list_head        data_buckets;
631         spinlock_t              data_bucket_lock;
632
633         struct journal          journal;
634
635 #define CONGESTED_MAX           1024
636         unsigned                congested_last_us;
637         atomic_t                congested;
638
639         /* The rest of this all shows up in sysfs */
640         unsigned                congested_read_threshold_us;
641         unsigned                congested_write_threshold_us;
642
643         struct time_stats       btree_gc_time;
644         struct time_stats       btree_split_time;
645         struct time_stats       btree_read_time;
646
647         atomic_long_t           cache_read_races;
648         atomic_long_t           writeback_keys_done;
649         atomic_long_t           writeback_keys_failed;
650
651         enum                    {
652                 ON_ERROR_UNREGISTER,
653                 ON_ERROR_PANIC,
654         }                       on_error;
655         unsigned                error_limit;
656         unsigned                error_decay;
657
658         unsigned short          journal_delay_ms;
659         bool                    expensive_debug_checks;
660         unsigned                verify:1;
661         unsigned                key_merging_disabled:1;
662         unsigned                gc_always_rewrite:1;
663         unsigned                shrinker_disabled:1;
664         unsigned                copy_gc_enabled:1;
665
666 #define BUCKET_HASH_BITS        12
667         struct hlist_head       bucket_hash[1 << BUCKET_HASH_BITS];
668 };
669
670 struct bbio {
671         unsigned                submit_time_us;
672         union {
673                 struct bkey     key;
674                 uint64_t        _pad[3];
675                 /*
676                  * We only need pad = 3 here because we only ever carry around a
677                  * single pointer - i.e. the pointer we're doing io to/from.
678                  */
679         };
680         struct bio              bio;
681 };
682
683 #define BTREE_PRIO              USHRT_MAX
684 #define INITIAL_PRIO            32768U
685
686 #define btree_bytes(c)          ((c)->btree_pages * PAGE_SIZE)
687 #define btree_blocks(b)                                                 \
688         ((unsigned) (KEY_SIZE(&b->key) >> (b)->c->block_bits))
689
690 #define btree_default_blocks(c)                                         \
691         ((unsigned) ((PAGE_SECTORS * (c)->btree_pages) >> (c)->block_bits))
692
693 #define bucket_pages(c)         ((c)->sb.bucket_size / PAGE_SECTORS)
694 #define bucket_bytes(c)         ((c)->sb.bucket_size << 9)
695 #define block_bytes(c)          ((c)->sb.block_size << 9)
696
697 #define prios_per_bucket(c)                             \
698         ((bucket_bytes(c) - sizeof(struct prio_set)) /  \
699          sizeof(struct bucket_disk))
700 #define prio_buckets(c)                                 \
701         DIV_ROUND_UP((size_t) (c)->sb.nbuckets, prios_per_bucket(c))
702
703 static inline size_t sector_to_bucket(struct cache_set *c, sector_t s)
704 {
705         return s >> c->bucket_bits;
706 }
707
708 static inline sector_t bucket_to_sector(struct cache_set *c, size_t b)
709 {
710         return ((sector_t) b) << c->bucket_bits;
711 }
712
713 static inline sector_t bucket_remainder(struct cache_set *c, sector_t s)
714 {
715         return s & (c->sb.bucket_size - 1);
716 }
717
718 static inline struct cache *PTR_CACHE(struct cache_set *c,
719                                       const struct bkey *k,
720                                       unsigned ptr)
721 {
722         return c->cache[PTR_DEV(k, ptr)];
723 }
724
725 static inline size_t PTR_BUCKET_NR(struct cache_set *c,
726                                    const struct bkey *k,
727                                    unsigned ptr)
728 {
729         return sector_to_bucket(c, PTR_OFFSET(k, ptr));
730 }
731
732 static inline struct bucket *PTR_BUCKET(struct cache_set *c,
733                                         const struct bkey *k,
734                                         unsigned ptr)
735 {
736         return PTR_CACHE(c, k, ptr)->buckets + PTR_BUCKET_NR(c, k, ptr);
737 }
738
739 static inline uint8_t gen_after(uint8_t a, uint8_t b)
740 {
741         uint8_t r = a - b;
742         return r > 128U ? 0 : r;
743 }
744
745 static inline uint8_t ptr_stale(struct cache_set *c, const struct bkey *k,
746                                 unsigned i)
747 {
748         return gen_after(PTR_BUCKET(c, k, i)->gen, PTR_GEN(k, i));
749 }
750
751 static inline bool ptr_available(struct cache_set *c, const struct bkey *k,
752                                  unsigned i)
753 {
754         return (PTR_DEV(k, i) < MAX_CACHES_PER_SET) && PTR_CACHE(c, k, i);
755 }
756
757 /* Btree key macros */
758
759 /*
760  * This is used for various on disk data structures - cache_sb, prio_set, bset,
761  * jset: The checksum is _always_ the first 8 bytes of these structs
762  */
763 #define csum_set(i)                                                     \
764         bch_crc64(((void *) (i)) + sizeof(uint64_t),                    \
765                   ((void *) bset_bkey_last(i)) -                        \
766                   (((void *) (i)) + sizeof(uint64_t)))
767
768 /* Error handling macros */
769
770 #define btree_bug(b, ...)                                               \
771 do {                                                                    \
772         if (bch_cache_set_error((b)->c, __VA_ARGS__))                   \
773                 dump_stack();                                           \
774 } while (0)
775
776 #define cache_bug(c, ...)                                               \
777 do {                                                                    \
778         if (bch_cache_set_error(c, __VA_ARGS__))                        \
779                 dump_stack();                                           \
780 } while (0)
781
782 #define btree_bug_on(cond, b, ...)                                      \
783 do {                                                                    \
784         if (cond)                                                       \
785                 btree_bug(b, __VA_ARGS__);                              \
786 } while (0)
787
788 #define cache_bug_on(cond, c, ...)                                      \
789 do {                                                                    \
790         if (cond)                                                       \
791                 cache_bug(c, __VA_ARGS__);                              \
792 } while (0)
793
794 #define cache_set_err_on(cond, c, ...)                                  \
795 do {                                                                    \
796         if (cond)                                                       \
797                 bch_cache_set_error(c, __VA_ARGS__);                    \
798 } while (0)
799
800 /* Looping macros */
801
802 #define for_each_cache(ca, cs, iter)                                    \
803         for (iter = 0; ca = cs->cache[iter], iter < (cs)->sb.nr_in_set; iter++)
804
805 #define for_each_bucket(b, ca)                                          \
806         for (b = (ca)->buckets + (ca)->sb.first_bucket;                 \
807              b < (ca)->buckets + (ca)->sb.nbuckets; b++)
808
809 static inline void cached_dev_put(struct cached_dev *dc)
810 {
811         if (refcount_dec_and_test(&dc->count))
812                 schedule_work(&dc->detach);
813 }
814
815 static inline bool cached_dev_get(struct cached_dev *dc)
816 {
817         if (!refcount_inc_not_zero(&dc->count))
818                 return false;
819
820         /* Paired with the mb in cached_dev_attach */
821         smp_mb__after_atomic();
822         return true;
823 }
824
825 /*
826  * bucket_gc_gen() returns the difference between the bucket's current gen and
827  * the oldest gen of any pointer into that bucket in the btree (last_gc).
828  */
829
830 static inline uint8_t bucket_gc_gen(struct bucket *b)
831 {
832         return b->gen - b->last_gc;
833 }
834
835 #define BUCKET_GC_GEN_MAX       96U
836
837 #define kobj_attribute_write(n, fn)                                     \
838         static struct kobj_attribute ksysfs_##n = __ATTR(n, S_IWUSR, NULL, fn)
839
840 #define kobj_attribute_rw(n, show, store)                               \
841         static struct kobj_attribute ksysfs_##n =                       \
842                 __ATTR(n, S_IWUSR|S_IRUSR, show, store)
843
844 static inline void wake_up_allocators(struct cache_set *c)
845 {
846         struct cache *ca;
847         unsigned i;
848
849         for_each_cache(ca, c, i)
850                 wake_up_process(ca->alloc_thread);
851 }
852
853 /* Forward declarations */
854
855 void bch_count_io_errors(struct cache *, blk_status_t, const char *);
856 void bch_bbio_count_io_errors(struct cache_set *, struct bio *,
857                               blk_status_t, const char *);
858 void bch_bbio_endio(struct cache_set *, struct bio *, blk_status_t,
859                 const char *);
860 void bch_bbio_free(struct bio *, struct cache_set *);
861 struct bio *bch_bbio_alloc(struct cache_set *);
862
863 void __bch_submit_bbio(struct bio *, struct cache_set *);
864 void bch_submit_bbio(struct bio *, struct cache_set *, struct bkey *, unsigned);
865
866 uint8_t bch_inc_gen(struct cache *, struct bucket *);
867 void bch_rescale_priorities(struct cache_set *, int);
868
869 bool bch_can_invalidate_bucket(struct cache *, struct bucket *);
870 void __bch_invalidate_one_bucket(struct cache *, struct bucket *);
871
872 void __bch_bucket_free(struct cache *, struct bucket *);
873 void bch_bucket_free(struct cache_set *, struct bkey *);
874
875 long bch_bucket_alloc(struct cache *, unsigned, bool);
876 int __bch_bucket_alloc_set(struct cache_set *, unsigned,
877                            struct bkey *, int, bool);
878 int bch_bucket_alloc_set(struct cache_set *, unsigned,
879                          struct bkey *, int, bool);
880 bool bch_alloc_sectors(struct cache_set *, struct bkey *, unsigned,
881                        unsigned, unsigned, bool);
882
883 __printf(2, 3)
884 bool bch_cache_set_error(struct cache_set *, const char *, ...);
885
886 void bch_prio_write(struct cache *);
887 void bch_write_bdev_super(struct cached_dev *, struct closure *);
888
889 extern struct workqueue_struct *bcache_wq;
890 extern const char * const bch_cache_modes[];
891 extern struct mutex bch_register_lock;
892 extern struct list_head bch_cache_sets;
893
894 extern struct kobj_type bch_cached_dev_ktype;
895 extern struct kobj_type bch_flash_dev_ktype;
896 extern struct kobj_type bch_cache_set_ktype;
897 extern struct kobj_type bch_cache_set_internal_ktype;
898 extern struct kobj_type bch_cache_ktype;
899
900 void bch_cached_dev_release(struct kobject *);
901 void bch_flash_dev_release(struct kobject *);
902 void bch_cache_set_release(struct kobject *);
903 void bch_cache_release(struct kobject *);
904
905 int bch_uuid_write(struct cache_set *);
906 void bcache_write_super(struct cache_set *);
907
908 int bch_flash_dev_create(struct cache_set *c, uint64_t size);
909
910 int bch_cached_dev_attach(struct cached_dev *, struct cache_set *);
911 void bch_cached_dev_detach(struct cached_dev *);
912 void bch_cached_dev_run(struct cached_dev *);
913 void bcache_device_stop(struct bcache_device *);
914
915 void bch_cache_set_unregister(struct cache_set *);
916 void bch_cache_set_stop(struct cache_set *);
917
918 struct cache_set *bch_cache_set_alloc(struct cache_sb *);
919 void bch_btree_cache_free(struct cache_set *);
920 int bch_btree_cache_alloc(struct cache_set *);
921 void bch_moving_init_cache_set(struct cache_set *);
922 int bch_open_buckets_alloc(struct cache_set *);
923 void bch_open_buckets_free(struct cache_set *);
924
925 int bch_cache_allocator_start(struct cache *ca);
926
927 void bch_debug_exit(void);
928 int bch_debug_init(struct kobject *);
929 void bch_request_exit(void);
930 int bch_request_init(void);
931
932 #endif /* _BCACHE_H */