drivers/md/dm-zoned-metadata.c

   1 /*
   2  * Copyright (C) 2017 Western Digital Corporation or its affiliates.
   3  *
   4  * This file is released under the GPL.
   5  */
   6
   7 #include "dm-zoned.h"
   8
   9 #include <linux/module.h>
  10 #include <linux/crc32.h>
  11 #include <linux/sched/mm.h>
  12
  13 #define DM_MSG_PREFIX           "zoned metadata"
  14
  15 /*
  16  * Metadata version.
  17  */
  18 #define DMZ_META_VER    1
  19
  20 /*
  21  * On-disk super block magic.
  22  */
  23 #define DMZ_MAGIC       ((((unsigned int)('D')) << 24) | \
  24                          (((unsigned int)('Z')) << 16) | \
  25                          (((unsigned int)('B')) <<  8) | \
  26                          ((unsigned int)('D')))
  27
  28 /*
  29  * On disk super block.
  30  * This uses only 512 B but uses on disk a full 4KB block. This block is
  31  * followed on disk by the mapping table of chunks to zones and the bitmap
  32  * blocks indicating zone block validity.
  33  * The overall resulting metadata format is:
  34  *    (1) Super block (1 block)
  35  *    (2) Chunk mapping table (nr_map_blocks)
  36  *    (3) Bitmap blocks (nr_bitmap_blocks)
  37  * All metadata blocks are stored in conventional zones, starting from the
  38  * the first conventional zone found on disk.
  39  */
  40 struct dmz_super {
  41         /* Magic number */
  42         __le32          magic;                  /*   4 */
  43
  44         /* Metadata version number */
  45         __le32          version;                /*   8 */
  46
  47         /* Generation number */
  48         __le64          gen;                    /*  16 */
  49
  50         /* This block number */
  51         __le64          sb_block;               /*  24 */
  52
  53         /* The number of metadata blocks, including this super block */
  54         __le32          nr_meta_blocks;         /*  28 */
  55
  56         /* The number of sequential zones reserved for reclaim */
  57         __le32          nr_reserved_seq;        /*  32 */
  58
  59         /* The number of entries in the mapping table */
  60         __le32          nr_chunks;              /*  36 */
  61
  62         /* The number of blocks used for the chunk mapping table */
  63         __le32          nr_map_blocks;          /*  40 */
  64
  65         /* The number of blocks used for the block bitmaps */
  66         __le32          nr_bitmap_blocks;       /*  44 */
  67
  68         /* Checksum */
  69         __le32          crc;                    /*  48 */
  70
  71         /* Padding to full 512B sector */
  72         u8              reserved[464];          /* 512 */
  73 };
  74
  75 /*
  76  * Chunk mapping entry: entries are indexed by chunk number
  77  * and give the zone ID (dzone_id) mapping the chunk on disk.
  78  * This zone may be sequential or random. If it is a sequential
  79  * zone, a second zone (bzone_id) used as a write buffer may
  80  * also be specified. This second zone will always be a randomly
  81  * writeable zone.
  82  */
  83 struct dmz_map {
  84         __le32                  dzone_id;
  85         __le32                  bzone_id;
  86 };
  87
  88 /*
  89  * Chunk mapping table metadata: 512 8-bytes entries per 4KB block.
  90  */
  91 #define DMZ_MAP_ENTRIES         (DMZ_BLOCK_SIZE / sizeof(struct dmz_map))
  92 #define DMZ_MAP_ENTRIES_SHIFT   (ilog2(DMZ_MAP_ENTRIES))
  93 #define DMZ_MAP_ENTRIES_MASK    (DMZ_MAP_ENTRIES - 1)
  94 #define DMZ_MAP_UNMAPPED        UINT_MAX
  95
  96 /*
  97  * Meta data block descriptor (for cached metadata blocks).
  98  */
  99 struct dmz_mblock {
 100         struct rb_node          node;
 101         struct list_head        link;
 102         sector_t                no;
 103         unsigned int            ref;
 104         unsigned long           state;
 105         struct page             *page;
 106         void                    *data;
 107 };
 108
 109 /*
 110  * Metadata block state flags.
 111  */
 112 enum {
 113         DMZ_META_DIRTY,
 114         DMZ_META_READING,
 115         DMZ_META_WRITING,
 116         DMZ_META_ERROR,
 117 };
 118
 119 /*
 120  * Super block information (one per metadata set).
 121  */
 122 struct dmz_sb {
 123         sector_t                block;
 124         struct dmz_mblock       *mblk;
 125         struct dmz_super        *sb;
 126 };
 127
 128 /*
 129  * In-memory metadata.
 130  */
 131 struct dmz_metadata {
 132         struct dmz_dev          *dev;
 133
 134         sector_t                zone_bitmap_size;
 135         unsigned int            zone_nr_bitmap_blocks;
 136
 137         unsigned int            nr_bitmap_blocks;
 138         unsigned int            nr_map_blocks;
 139
 140         unsigned int            nr_useable_zones;
 141         unsigned int            nr_meta_blocks;
 142         unsigned int            nr_meta_zones;
 143         unsigned int            nr_data_zones;
 144         unsigned int            nr_rnd_zones;
 145         unsigned int            nr_reserved_seq;
 146         unsigned int            nr_chunks;
 147
 148         /* Zone information array */
 149         struct dm_zone          *zones;
 150
 151         struct dm_zone          *sb_zone;
 152         struct dmz_sb           sb[2];
 153         unsigned int            mblk_primary;
 154         u64                     sb_gen;
 155         unsigned int            min_nr_mblks;
 156         unsigned int            max_nr_mblks;
 157         atomic_t                nr_mblks;
 158         struct rw_semaphore     mblk_sem;
 159         struct mutex            mblk_flush_lock;
 160         spinlock_t              mblk_lock;
 161         struct rb_root          mblk_rbtree;
 162         struct list_head        mblk_lru_list;
 163         struct list_head        mblk_dirty_list;
 164         struct shrinker         mblk_shrinker;
 165
 166         /* Zone allocation management */
 167         struct mutex            map_lock;
 168         struct dmz_mblock       **map_mblk;
 169         unsigned int            nr_rnd;
 170         atomic_t                unmap_nr_rnd;
 171         struct list_head        unmap_rnd_list;
 172         struct list_head        map_rnd_list;
 173
 174         unsigned int            nr_seq;
 175         atomic_t                unmap_nr_seq;
 176         struct list_head        unmap_seq_list;
 177         struct list_head        map_seq_list;
 178
 179         atomic_t                nr_reserved_seq_zones;
 180         struct list_head        reserved_seq_zones_list;
 181
 182         wait_queue_head_t       free_wq;
 183 };
 184
 185 /*
 186  * Various accessors
 187  */
 188 unsigned int dmz_id(struct dmz_metadata *zmd, struct dm_zone *zone)
 189 {
 190         return ((unsigned int)(zone - zmd->zones));
 191 }
 192
 193 sector_t dmz_start_sect(struct dmz_metadata *zmd, struct dm_zone *zone)
 194 {
 195         return (sector_t)dmz_id(zmd, zone) << zmd->dev->zone_nr_sectors_shift;
 196 }
 197
 198 sector_t dmz_start_block(struct dmz_metadata *zmd, struct dm_zone *zone)
 199 {
 200         return (sector_t)dmz_id(zmd, zone) << zmd->dev->zone_nr_blocks_shift;
 201 }
 202
 203 unsigned int dmz_nr_chunks(struct dmz_metadata *zmd)
 204 {
 205         return zmd->nr_chunks;
 206 }
 207
 208 unsigned int dmz_nr_rnd_zones(struct dmz_metadata *zmd)
 209 {
 210         return zmd->nr_rnd;
 211 }
 212
 213 unsigned int dmz_nr_unmap_rnd_zones(struct dmz_metadata *zmd)
 214 {
 215         return atomic_read(&zmd->unmap_nr_rnd);
 216 }
 217
 218 /*
 219  * Lock/unlock mapping table.
 220  * The map lock also protects all the zone lists.
 221  */
 222 void dmz_lock_map(struct dmz_metadata *zmd)
 223 {
 224         mutex_lock(&zmd->map_lock);
 225 }
 226
 227 void dmz_unlock_map(struct dmz_metadata *zmd)
 228 {
 229         mutex_unlock(&zmd->map_lock);
 230 }
 231
 232 /*
 233  * Lock/unlock metadata access. This is a "read" lock on a semaphore
 234  * that prevents metadata flush from running while metadata are being
 235  * modified. The actual metadata write mutual exclusion is achieved with
 236  * the map lock and zone styate management (active and reclaim state are
 237  * mutually exclusive).
 238  */
 239 void dmz_lock_metadata(struct dmz_metadata *zmd)
 240 {
 241         down_read(&zmd->mblk_sem);
 242 }
 243
 244 void dmz_unlock_metadata(struct dmz_metadata *zmd)
 245 {
 246         up_read(&zmd->mblk_sem);
 247 }
 248
 249 /*
 250  * Lock/unlock flush: prevent concurrent executions
 251  * of dmz_flush_metadata as well as metadata modification in reclaim
 252  * while flush is being executed.
 253  */
 254 void dmz_lock_flush(struct dmz_metadata *zmd)
 255 {
 256         mutex_lock(&zmd->mblk_flush_lock);
 257 }
 258
 259 void dmz_unlock_flush(struct dmz_metadata *zmd)
 260 {
 261         mutex_unlock(&zmd->mblk_flush_lock);
 262 }
 263
 264 /*
 265  * Allocate a metadata block.
 266  */
 267 static struct dmz_mblock *dmz_alloc_mblock(struct dmz_metadata *zmd,
 268                                            sector_t mblk_no)
 269 {
 270         struct dmz_mblock *mblk = NULL;
 271
 272         /* See if we can reuse cached blocks */
 273         if (zmd->max_nr_mblks && atomic_read(&zmd->nr_mblks) > zmd->max_nr_mblks) {
 274                 spin_lock(&zmd->mblk_lock);
 275                 mblk = list_first_entry_or_null(&zmd->mblk_lru_list,
 276                                                 struct dmz_mblock, link);
 277                 if (mblk) {
 278                         list_del_init(&mblk->link);
 279                         rb_erase(&mblk->node, &zmd->mblk_rbtree);
 280                         mblk->no = mblk_no;
 281                 }
 282                 spin_unlock(&zmd->mblk_lock);
 283                 if (mblk)
 284                         return mblk;
 285         }
 286
 287         /* Allocate a new block */
 288         mblk = kmalloc(sizeof(struct dmz_mblock), GFP_NOIO);
 289         if (!mblk)
 290                 return NULL;
 291
 292         mblk->page = alloc_page(GFP_NOIO);
 293         if (!mblk->page) {
 294                 kfree(mblk);
 295                 return NULL;
 296         }
 297
 298         RB_CLEAR_NODE(&mblk->node);
 299         INIT_LIST_HEAD(&mblk->link);
 300         mblk->ref = 0;
 301         mblk->state = 0;
 302         mblk->no = mblk_no;
 303         mblk->data = page_address(mblk->page);
 304
 305         atomic_inc(&zmd->nr_mblks);
 306
 307         return mblk;
 308 }
 309
 310 /*
 311  * Free a metadata block.
 312  */
 313 static void dmz_free_mblock(struct dmz_metadata *zmd, struct dmz_mblock *mblk)
 314 {
 315         __free_pages(mblk->page, 0);
 316         kfree(mblk);
 317
 318         atomic_dec(&zmd->nr_mblks);
 319 }
 320
 321 /*
 322  * Insert a metadata block in the rbtree.
 323  */
 324 static void dmz_insert_mblock(struct dmz_metadata *zmd, struct dmz_mblock *mblk)
 325 {
 326         struct rb_root *root = &zmd->mblk_rbtree;
 327         struct rb_node **new = &(root->rb_node), *parent = NULL;
 328         struct dmz_mblock *b;
 329
 330         /* Figure out where to put the new node */
 331         while (*new) {
 332                 b = container_of(*new, struct dmz_mblock, node);
 333                 parent = *new;
 334                 new = (b->no < mblk->no) ? &((*new)->rb_left) : &((*new)->rb_right);
 335         }
 336
 337         /* Add new node and rebalance tree */
 338         rb_link_node(&mblk->node, parent, new);
 339         rb_insert_color(&mblk->node, root);
 340 }
 341
 342 /*
 343  * Lookup a metadata block in the rbtree. If the block is found, increment
 344  * its reference count.
 345  */
 346 static struct dmz_mblock *dmz_get_mblock_fast(struct dmz_metadata *zmd,
 347                                               sector_t mblk_no)
 348 {
 349         struct rb_root *root = &zmd->mblk_rbtree;
 350         struct rb_node *node = root->rb_node;
 351         struct dmz_mblock *mblk;
 352
 353         while (node) {
 354                 mblk = container_of(node, struct dmz_mblock, node);
 355                 if (mblk->no == mblk_no) {
 356                         /*
 357                          * If this is the first reference to the block,
 358                          * remove it from the LRU list.
 359                          */
 360                         mblk->ref++;
 361                         if (mblk->ref == 1 &&
 362                             !test_bit(DMZ_META_DIRTY, &mblk->state))
 363                                 list_del_init(&mblk->link);
 364                         return mblk;
 365                 }
 366                 node = (mblk->no < mblk_no) ? node->rb_left : node->rb_right;
 367         }
 368
 369         return NULL;
 370 }
 371
 372 /*
 373  * Metadata block BIO end callback.
 374  */
 375 static void dmz_mblock_bio_end_io(struct bio *bio)
 376 {
 377         struct dmz_mblock *mblk = bio->bi_private;
 378         int flag;
 379
 380         if (bio->bi_status)
 381                 set_bit(DMZ_META_ERROR, &mblk->state);
 382
 383         if (bio_op(bio) == REQ_OP_WRITE)
 384                 flag = DMZ_META_WRITING;
 385         else
 386                 flag = DMZ_META_READING;
 387
 388         clear_bit_unlock(flag, &mblk->state);
 389         smp_mb__after_atomic();
 390         wake_up_bit(&mblk->state, flag);
 391
 392         bio_put(bio);
 393 }
 394
 395 /*
 396  * Read an uncached metadata block from disk and add it to the cache.
 397  */
 398 static struct dmz_mblock *dmz_get_mblock_slow(struct dmz_metadata *zmd,
 399                                               sector_t mblk_no)
 400 {
 401         struct dmz_mblock *mblk, *m;
 402         sector_t block = zmd->sb[zmd->mblk_primary].block + mblk_no;
 403         struct bio *bio;
 404
 405         /* Get a new block and a BIO to read it */
 406         mblk = dmz_alloc_mblock(zmd, mblk_no);
 407         if (!mblk)
 408                 return NULL;
 409
 410         bio = bio_alloc(GFP_NOIO, 1);
 411         if (!bio) {
 412                 dmz_free_mblock(zmd, mblk);
 413                 return NULL;
 414         }
 415
 416         spin_lock(&zmd->mblk_lock);
 417
 418         /*
 419          * Make sure that another context did not start reading
 420          * the block already.
 421          */
 422         m = dmz_get_mblock_fast(zmd, mblk_no);
 423         if (m) {
 424                 spin_unlock(&zmd->mblk_lock);
 425                 dmz_free_mblock(zmd, mblk);
 426                 bio_put(bio);
 427                 return m;
 428         }
 429
 430         mblk->ref++;
 431         set_bit(DMZ_META_READING, &mblk->state);
 432         dmz_insert_mblock(zmd, mblk);
 433
 434         spin_unlock(&zmd->mblk_lock);
 435
 436         /* Submit read BIO */
 437         bio->bi_iter.bi_sector = dmz_blk2sect(block);
 438         bio_set_dev(bio, zmd->dev->bdev);
 439         bio->bi_private = mblk;
 440         bio->bi_end_io = dmz_mblock_bio_end_io;
 441         bio_set_op_attrs(bio, REQ_OP_READ, REQ_META | REQ_PRIO);
 442         bio_add_page(bio, mblk->page, DMZ_BLOCK_SIZE, 0);
 443         submit_bio(bio);
 444
 445         return mblk;
 446 }
 447
 448 /*
 449  * Free metadata blocks.
 450  */
 451 static unsigned long dmz_shrink_mblock_cache(struct dmz_metadata *zmd,
 452                                              unsigned long limit)
 453 {
 454         struct dmz_mblock *mblk;
 455         unsigned long count = 0;
 456
 457         if (!zmd->max_nr_mblks)
 458                 return 0;
 459
 460         while (!list_empty(&zmd->mblk_lru_list) &&
 461                atomic_read(&zmd->nr_mblks) > zmd->min_nr_mblks &&
 462                count < limit) {
 463                 mblk = list_first_entry(&zmd->mblk_lru_list,
 464                                         struct dmz_mblock, link);
 465                 list_del_init(&mblk->link);
 466                 rb_erase(&mblk->node, &zmd->mblk_rbtree);
 467                 dmz_free_mblock(zmd, mblk);
 468                 count++;
 469         }
 470
 471         return count;
 472 }
 473
 474 /*
 475  * For mblock shrinker: get the number of unused metadata blocks in the cache.
 476  */
 477 static unsigned long dmz_mblock_shrinker_count(struct shrinker *shrink,
 478                                                struct shrink_control *sc)
 479 {
 480         struct dmz_metadata *zmd = container_of(shrink, struct dmz_metadata, mblk_shrinker);
 481
 482         return atomic_read(&zmd->nr_mblks);
 483 }
 484
 485 /*
 486  * For mblock shrinker: scan unused metadata blocks and shrink the cache.
 487  */
 488 static unsigned long dmz_mblock_shrinker_scan(struct shrinker *shrink,
 489                                               struct shrink_control *sc)
 490 {
 491         struct dmz_metadata *zmd = container_of(shrink, struct dmz_metadata, mblk_shrinker);
 492         unsigned long count;
 493
 494         spin_lock(&zmd->mblk_lock);
 495         count = dmz_shrink_mblock_cache(zmd, sc->nr_to_scan);
 496         spin_unlock(&zmd->mblk_lock);
 497
 498         return count ? count : SHRINK_STOP;
 499 }
 500
 501 /*
 502  * Release a metadata block.
 503  */
 504 static void dmz_release_mblock(struct dmz_metadata *zmd,
 505                                struct dmz_mblock *mblk)
 506 {
 507
 508         if (!mblk)
 509                 return;
 510
 511         spin_lock(&zmd->mblk_lock);
 512
 513         mblk->ref--;
 514         if (mblk->ref == 0) {
 515                 if (test_bit(DMZ_META_ERROR, &mblk->state)) {
 516                         rb_erase(&mblk->node, &zmd->mblk_rbtree);
 517                         dmz_free_mblock(zmd, mblk);
 518                 } else if (!test_bit(DMZ_META_DIRTY, &mblk->state)) {
 519                         list_add_tail(&mblk->link, &zmd->mblk_lru_list);
 520                         dmz_shrink_mblock_cache(zmd, 1);
 521                 }
 522         }
 523
 524         spin_unlock(&zmd->mblk_lock);
 525 }
 526
 527 /*
 528  * Get a metadata block from the rbtree. If the block
 529  * is not present, read it from disk.
 530  */
 531 static struct dmz_mblock *dmz_get_mblock(struct dmz_metadata *zmd,
 532                                          sector_t mblk_no)
 533 {
 534         struct dmz_mblock *mblk;
 535
 536         /* Check rbtree */
 537         spin_lock(&zmd->mblk_lock);
 538         mblk = dmz_get_mblock_fast(zmd, mblk_no);
 539         spin_unlock(&zmd->mblk_lock);
 540
 541         if (!mblk) {
 542                 /* Cache miss: read the block from disk */
 543                 mblk = dmz_get_mblock_slow(zmd, mblk_no);
 544                 if (!mblk)
 545                         return ERR_PTR(-ENOMEM);
 546         }
 547
 548         /* Wait for on-going read I/O and check for error */
 549         wait_on_bit_io(&mblk->state, DMZ_META_READING,
 550                        TASK_UNINTERRUPTIBLE);
 551         if (test_bit(DMZ_META_ERROR, &mblk->state)) {
 552                 dmz_release_mblock(zmd, mblk);
 553                 return ERR_PTR(-EIO);
 554         }
 555
 556         return mblk;
 557 }
 558
 559 /*
 560  * Mark a metadata block dirty.
 561  */
 562 static void dmz_dirty_mblock(struct dmz_metadata *zmd, struct dmz_mblock *mblk)
 563 {
 564         spin_lock(&zmd->mblk_lock);
 565         if (!test_and_set_bit(DMZ_META_DIRTY, &mblk->state))
 566                 list_add_tail(&mblk->link, &zmd->mblk_dirty_list);
 567         spin_unlock(&zmd->mblk_lock);
 568 }
 569
 570 /*
 571  * Issue a metadata block write BIO.
 572  */
 573 static void dmz_write_mblock(struct dmz_metadata *zmd, struct dmz_mblock *mblk,
 574                              unsigned int set)
 575 {
 576         sector_t block = zmd->sb[set].block + mblk->no;
 577         struct bio *bio;
 578
 579         bio = bio_alloc(GFP_NOIO, 1);
 580         if (!bio) {
 581                 set_bit(DMZ_META_ERROR, &mblk->state);
 582                 return;
 583         }
 584
 585         set_bit(DMZ_META_WRITING, &mblk->state);
 586
 587         bio->bi_iter.bi_sector = dmz_blk2sect(block);
 588         bio_set_dev(bio, zmd->dev->bdev);
 589         bio->bi_private = mblk;
 590         bio->bi_end_io = dmz_mblock_bio_end_io;
 591         bio_set_op_attrs(bio, REQ_OP_WRITE, REQ_META | REQ_PRIO);
 592         bio_add_page(bio, mblk->page, DMZ_BLOCK_SIZE, 0);
 593         submit_bio(bio);
 594 }
 595
 596 /*
 597  * Read/write a metadata block.
 598  */
 599 static int dmz_rdwr_block(struct dmz_metadata *zmd, int op, sector_t block,
 600                           struct page *page)
 601 {
 602         struct bio *bio;
 603         int ret;
 604
 605         bio = bio_alloc(GFP_NOIO, 1);
 606         if (!bio)
 607                 return -ENOMEM;
 608
 609         bio->bi_iter.bi_sector = dmz_blk2sect(block);
 610         bio_set_dev(bio, zmd->dev->bdev);
 611         bio_set_op_attrs(bio, op, REQ_SYNC | REQ_META | REQ_PRIO);
 612         bio_add_page(bio, page, DMZ_BLOCK_SIZE, 0);
 613         ret = submit_bio_wait(bio);
 614         bio_put(bio);
 615
 616         return ret;
 617 }
 618
 619 /*
 620  * Write super block of the specified metadata set.
 621  */
 622 static int dmz_write_sb(struct dmz_metadata *zmd, unsigned int set)
 623 {
 624         sector_t block = zmd->sb[set].block;
 625         struct dmz_mblock *mblk = zmd->sb[set].mblk;
 626         struct dmz_super *sb = zmd->sb[set].sb;
 627         u64 sb_gen = zmd->sb_gen + 1;
 628         int ret;
 629
 630         sb->magic = cpu_to_le32(DMZ_MAGIC);
 631         sb->version = cpu_to_le32(DMZ_META_VER);
 632
 633         sb->gen = cpu_to_le64(sb_gen);
 634
 635         sb->sb_block = cpu_to_le64(block);
 636         sb->nr_meta_blocks = cpu_to_le32(zmd->nr_meta_blocks);
 637         sb->nr_reserved_seq = cpu_to_le32(zmd->nr_reserved_seq);
 638         sb->nr_chunks = cpu_to_le32(zmd->nr_chunks);
 639
 640         sb->nr_map_blocks = cpu_to_le32(zmd->nr_map_blocks);
 641         sb->nr_bitmap_blocks = cpu_to_le32(zmd->nr_bitmap_blocks);
 642
 643         sb->crc = 0;
 644         sb->crc = cpu_to_le32(crc32_le(sb_gen, (unsigned char *)sb, DMZ_BLOCK_SIZE));
 645
 646         ret = dmz_rdwr_block(zmd, REQ_OP_WRITE, block, mblk->page);
 647         if (ret == 0)
 648                 ret = blkdev_issue_flush(zmd->dev->bdev, GFP_NOIO, NULL);
 649
 650         return ret;
 651 }
 652
 653 /*
 654  * Write dirty metadata blocks to the specified set.
 655  */
 656 static int dmz_write_dirty_mblocks(struct dmz_metadata *zmd,
 657                                    struct list_head *write_list,
 658                                    unsigned int set)
 659 {
 660         struct dmz_mblock *mblk;
 661         struct blk_plug plug;
 662         int ret = 0;
 663
 664         /* Issue writes */
 665         blk_start_plug(&plug);
 666         list_for_each_entry(mblk, write_list, link)
 667                 dmz_write_mblock(zmd, mblk, set);
 668         blk_finish_plug(&plug);
 669
 670         /* Wait for completion */
 671         list_for_each_entry(mblk, write_list, link) {
 672                 wait_on_bit_io(&mblk->state, DMZ_META_WRITING,
 673                                TASK_UNINTERRUPTIBLE);
 674                 if (test_bit(DMZ_META_ERROR, &mblk->state)) {
 675                         clear_bit(DMZ_META_ERROR, &mblk->state);
 676                         ret = -EIO;
 677                 }
 678         }
 679
 680         /* Flush drive cache (this will also sync data) */
 681         if (ret == 0)
 682                 ret = blkdev_issue_flush(zmd->dev->bdev, GFP_NOIO, NULL);
 683
 684         return ret;
 685 }
 686
 687 /*
 688  * Log dirty metadata blocks.
 689  */
 690 static int dmz_log_dirty_mblocks(struct dmz_metadata *zmd,
 691                                  struct list_head *write_list)
 692 {
 693         unsigned int log_set = zmd->mblk_primary ^ 0x1;
 694         int ret;
 695
 696         /* Write dirty blocks to the log */
 697         ret = dmz_write_dirty_mblocks(zmd, write_list, log_set);
 698         if (ret)
 699                 return ret;
 700
 701         /*
 702          * No error so far: now validate the log by updating the
 703          * log index super block generation.
 704          */
 705         ret = dmz_write_sb(zmd, log_set);
 706         if (ret)
 707                 return ret;
 708
 709         return 0;
 710 }
 711
 712 /*
 713  * Flush dirty metadata blocks.
 714  */
 715 int dmz_flush_metadata(struct dmz_metadata *zmd)
 716 {
 717         struct dmz_mblock *mblk;
 718         struct list_head write_list;
 719         int ret;
 720
 721         if (WARN_ON(!zmd))
 722                 return 0;
 723
 724         INIT_LIST_HEAD(&write_list);
 725
 726         /*
 727          * Make sure that metadata blocks are stable before logging: take
 728          * the write lock on the metadata semaphore to prevent target BIOs
 729          * from modifying metadata.
 730          */
 731         down_write(&zmd->mblk_sem);
 732
 733         /*
 734          * This is called from the target flush work and reclaim work.
 735          * Concurrent execution is not allowed.
 736          */
 737         dmz_lock_flush(zmd);
 738
 739         /* Get dirty blocks */
 740         spin_lock(&zmd->mblk_lock);
 741         list_splice_init(&zmd->mblk_dirty_list, &write_list);
 742         spin_unlock(&zmd->mblk_lock);
 743
 744         /* If there are no dirty metadata blocks, just flush the device cache */
 745         if (list_empty(&write_list)) {
 746                 ret = blkdev_issue_flush(zmd->dev->bdev, GFP_NOIO, NULL);
 747                 goto out;
 748         }
 749
 750         /*
 751          * The primary metadata set is still clean. Keep it this way until
 752          * all updates are successful in the secondary set. That is, use
 753          * the secondary set as a log.
 754          */
 755         ret = dmz_log_dirty_mblocks(zmd, &write_list);
 756         if (ret)
 757                 goto out;
 758
 759         /*
 760          * The log is on disk. It is now safe to update in place
 761          * in the primary metadata set.
 762          */
 763         ret = dmz_write_dirty_mblocks(zmd, &write_list, zmd->mblk_primary);
 764         if (ret)
 765                 goto out;
 766
 767         ret = dmz_write_sb(zmd, zmd->mblk_primary);
 768         if (ret)
 769                 goto out;
 770
 771         while (!list_empty(&write_list)) {
 772                 mblk = list_first_entry(&write_list, struct dmz_mblock, link);
 773                 list_del_init(&mblk->link);
 774
 775                 spin_lock(&zmd->mblk_lock);
 776                 clear_bit(DMZ_META_DIRTY, &mblk->state);
 777                 if (mblk->ref == 0)
 778                         list_add_tail(&mblk->link, &zmd->mblk_lru_list);
 779                 spin_unlock(&zmd->mblk_lock);
 780         }
 781
 782         zmd->sb_gen++;
 783 out:
 784         if (ret && !list_empty(&write_list)) {
 785                 spin_lock(&zmd->mblk_lock);
 786                 list_splice(&write_list, &zmd->mblk_dirty_list);
 787                 spin_unlock(&zmd->mblk_lock);
 788         }
 789
 790         dmz_unlock_flush(zmd);
 791         up_write(&zmd->mblk_sem);
 792
 793         return ret;
 794 }
 795
 796 /*
 797  * Check super block.
 798  */
 799 static int dmz_check_sb(struct dmz_metadata *zmd, struct dmz_super *sb)
 800 {
 801         unsigned int nr_meta_zones, nr_data_zones;
 802         struct dmz_dev *dev = zmd->dev;
 803         u32 crc, stored_crc;
 804         u64 gen;
 805
 806         gen = le64_to_cpu(sb->gen);
 807         stored_crc = le32_to_cpu(sb->crc);
 808         sb->crc = 0;
 809         crc = crc32_le(gen, (unsigned char *)sb, DMZ_BLOCK_SIZE);
 810         if (crc != stored_crc) {
 811                 dmz_dev_err(dev, "Invalid checksum (needed 0x%08x, got 0x%08x)",
 812                             crc, stored_crc);
 813                 return -ENXIO;
 814         }
 815
 816         if (le32_to_cpu(sb->magic) != DMZ_MAGIC) {
 817                 dmz_dev_err(dev, "Invalid meta magic (needed 0x%08x, got 0x%08x)",
 818                             DMZ_MAGIC, le32_to_cpu(sb->magic));
 819                 return -ENXIO;
 820         }
 821
 822         if (le32_to_cpu(sb->version) != DMZ_META_VER) {
 823                 dmz_dev_err(dev, "Invalid meta version (needed %d, got %d)",
 824                             DMZ_META_VER, le32_to_cpu(sb->version));
 825                 return -ENXIO;
 826         }
 827
 828         nr_meta_zones = (le32_to_cpu(sb->nr_meta_blocks) + dev->zone_nr_blocks - 1)
 829                 >> dev->zone_nr_blocks_shift;
 830         if (!nr_meta_zones ||
 831             nr_meta_zones >= zmd->nr_rnd_zones) {
 832                 dmz_dev_err(dev, "Invalid number of metadata blocks");
 833                 return -ENXIO;
 834         }
 835
 836         if (!le32_to_cpu(sb->nr_reserved_seq) ||
 837             le32_to_cpu(sb->nr_reserved_seq) >= (zmd->nr_useable_zones - nr_meta_zones)) {
 838                 dmz_dev_err(dev, "Invalid number of reserved sequential zones");
 839                 return -ENXIO;
 840         }
 841
 842         nr_data_zones = zmd->nr_useable_zones -
 843                 (nr_meta_zones * 2 + le32_to_cpu(sb->nr_reserved_seq));
 844         if (le32_to_cpu(sb->nr_chunks) > nr_data_zones) {
 845                 dmz_dev_err(dev, "Invalid number of chunks %u / %u",
 846                             le32_to_cpu(sb->nr_chunks), nr_data_zones);
 847                 return -ENXIO;
 848         }
 849
 850         /* OK */
 851         zmd->nr_meta_blocks = le32_to_cpu(sb->nr_meta_blocks);
 852         zmd->nr_reserved_seq = le32_to_cpu(sb->nr_reserved_seq);
 853         zmd->nr_chunks = le32_to_cpu(sb->nr_chunks);
 854         zmd->nr_map_blocks = le32_to_cpu(sb->nr_map_blocks);
 855         zmd->nr_bitmap_blocks = le32_to_cpu(sb->nr_bitmap_blocks);
 856         zmd->nr_meta_zones = nr_meta_zones;
 857         zmd->nr_data_zones = nr_data_zones;
 858
 859         return 0;
 860 }
 861
 862 /*
 863  * Read the first or second super block from disk.
 864  */
 865 static int dmz_read_sb(struct dmz_metadata *zmd, unsigned int set)
 866 {
 867         return dmz_rdwr_block(zmd, REQ_OP_READ, zmd->sb[set].block,
 868                               zmd->sb[set].mblk->page);
 869 }
 870
 871 /*
 872  * Determine the position of the secondary super blocks on disk.
 873  * This is used only if a corruption of the primary super block
 874  * is detected.
 875  */
 876 static int dmz_lookup_secondary_sb(struct dmz_metadata *zmd)
 877 {
 878         unsigned int zone_nr_blocks = zmd->dev->zone_nr_blocks;
 879         struct dmz_mblock *mblk;
 880         int i;
 881
 882         /* Allocate a block */
 883         mblk = dmz_alloc_mblock(zmd, 0);
 884         if (!mblk)
 885                 return -ENOMEM;
 886
 887         zmd->sb[1].mblk = mblk;
 888         zmd->sb[1].sb = mblk->data;
 889
 890         /* Bad first super block: search for the second one */
 891         zmd->sb[1].block = zmd->sb[0].block + zone_nr_blocks;
 892         for (i = 0; i < zmd->nr_rnd_zones - 1; i++) {
 893                 if (dmz_read_sb(zmd, 1) != 0)
 894                         break;
 895                 if (le32_to_cpu(zmd->sb[1].sb->magic) == DMZ_MAGIC)
 896                         return 0;
 897                 zmd->sb[1].block += zone_nr_blocks;
 898         }
 899
 900         dmz_free_mblock(zmd, mblk);
 901         zmd->sb[1].mblk = NULL;
 902
 903         return -EIO;
 904 }
 905
 906 /*
 907  * Read the first or second super block from disk.
 908  */
 909 static int dmz_get_sb(struct dmz_metadata *zmd, unsigned int set)
 910 {
 911         struct dmz_mblock *mblk;
 912         int ret;
 913
 914         /* Allocate a block */
 915         mblk = dmz_alloc_mblock(zmd, 0);
 916         if (!mblk)
 917                 return -ENOMEM;
 918
 919         zmd->sb[set].mblk = mblk;
 920         zmd->sb[set].sb = mblk->data;
 921
 922         /* Read super block */
 923         ret = dmz_read_sb(zmd, set);
 924         if (ret) {
 925                 dmz_free_mblock(zmd, mblk);
 926                 zmd->sb[set].mblk = NULL;
 927                 return ret;
 928         }
 929
 930         return 0;
 931 }
 932
 933 /*
 934  * Recover a metadata set.
 935  */
 936 static int dmz_recover_mblocks(struct dmz_metadata *zmd, unsigned int dst_set)
 937 {
 938         unsigned int src_set = dst_set ^ 0x1;
 939         struct page *page;
 940         int i, ret;
 941
 942         dmz_dev_warn(zmd->dev, "Metadata set %u invalid: recovering", dst_set);
 943
 944         if (dst_set == 0)
 945                 zmd->sb[0].block = dmz_start_block(zmd, zmd->sb_zone);
 946         else {
 947                 zmd->sb[1].block = zmd->sb[0].block +
 948                         (zmd->nr_meta_zones << zmd->dev->zone_nr_blocks_shift);
 949         }
 950
 951         page = alloc_page(GFP_NOIO);
 952         if (!page)
 953                 return -ENOMEM;
 954
 955         /* Copy metadata blocks */
 956         for (i = 1; i < zmd->nr_meta_blocks; i++) {
 957                 ret = dmz_rdwr_block(zmd, REQ_OP_READ,
 958                                      zmd->sb[src_set].block + i, page);
 959                 if (ret)
 960                         goto out;
 961                 ret = dmz_rdwr_block(zmd, REQ_OP_WRITE,
 962                                      zmd->sb[dst_set].block + i, page);
 963                 if (ret)
 964                         goto out;
 965         }
 966
 967         /* Finalize with the super block */
 968         if (!zmd->sb[dst_set].mblk) {
 969                 zmd->sb[dst_set].mblk = dmz_alloc_mblock(zmd, 0);
 970                 if (!zmd->sb[dst_set].mblk) {
 971                         ret = -ENOMEM;
 972                         goto out;
 973                 }
 974                 zmd->sb[dst_set].sb = zmd->sb[dst_set].mblk->data;
 975         }
 976
 977         ret = dmz_write_sb(zmd, dst_set);
 978 out:
 979         __free_pages(page, 0);
 980
 981         return ret;
 982 }
 983
 984 /*
 985  * Get super block from disk.
 986  */
 987 static int dmz_load_sb(struct dmz_metadata *zmd)
 988 {
 989         bool sb_good[2] = {false, false};
 990         u64 sb_gen[2] = {0, 0};
 991         int ret;
 992
 993         /* Read and check the primary super block */
 994         zmd->sb[0].block = dmz_start_block(zmd, zmd->sb_zone);
 995         ret = dmz_get_sb(zmd, 0);
 996         if (ret) {
 997                 dmz_dev_err(zmd->dev, "Read primary super block failed");
 998                 return ret;
 999         }
1000
1001         ret = dmz_check_sb(zmd, zmd->sb[0].sb);
1002
1003         /* Read and check secondary super block */
1004         if (ret == 0) {
1005                 sb_good[0] = true;
1006                 zmd->sb[1].block = zmd->sb[0].block +
1007                         (zmd->nr_meta_zones << zmd->dev->zone_nr_blocks_shift);
1008                 ret = dmz_get_sb(zmd, 1);
1009         } else
1010                 ret = dmz_lookup_secondary_sb(zmd);
1011
1012         if (ret) {
1013                 dmz_dev_err(zmd->dev, "Read secondary super block failed");
1014                 return ret;
1015         }
1016
1017         ret = dmz_check_sb(zmd, zmd->sb[1].sb);
1018         if (ret == 0)
1019                 sb_good[1] = true;
1020
1021         /* Use highest generation sb first */
1022         if (!sb_good[0] && !sb_good[1]) {
1023                 dmz_dev_err(zmd->dev, "No valid super block found");
1024                 return -EIO;
1025         }
1026
1027         if (sb_good[0])
1028                 sb_gen[0] = le64_to_cpu(zmd->sb[0].sb->gen);
1029         else
1030                 ret = dmz_recover_mblocks(zmd, 0);
1031
1032         if (sb_good[1])
1033                 sb_gen[1] = le64_to_cpu(zmd->sb[1].sb->gen);
1034         else
1035                 ret = dmz_recover_mblocks(zmd, 1);
1036
1037         if (ret) {
1038                 dmz_dev_err(zmd->dev, "Recovery failed");
1039                 return -EIO;
1040         }
1041
1042         if (sb_gen[0] >= sb_gen[1]) {
1043                 zmd->sb_gen = sb_gen[0];
1044                 zmd->mblk_primary = 0;
1045         } else {
1046                 zmd->sb_gen = sb_gen[1];
1047                 zmd->mblk_primary = 1;
1048         }
1049
1050         dmz_dev_debug(zmd->dev, "Using super block %u (gen %llu)",
1051                       zmd->mblk_primary, zmd->sb_gen);
1052
1053         return 0;
1054 }
1055
1056 /*
1057  * Initialize a zone descriptor.
1058  */
1059 static int dmz_init_zone(struct dmz_metadata *zmd, struct dm_zone *zone,
1060                          struct blk_zone *blkz)
1061 {
1062         struct dmz_dev *dev = zmd->dev;
1063
1064         /* Ignore the eventual last runt (smaller) zone */
1065         if (blkz->len != dev->zone_nr_sectors) {
1066                 if (blkz->start + blkz->len == dev->capacity)
1067                         return 0;
1068                 return -ENXIO;
1069         }
1070
1071         INIT_LIST_HEAD(&zone->link);
1072         atomic_set(&zone->refcount, 0);
1073         zone->chunk = DMZ_MAP_UNMAPPED;
1074
1075         if (blkz->type == BLK_ZONE_TYPE_CONVENTIONAL) {
1076                 set_bit(DMZ_RND, &zone->flags);
1077                 zmd->nr_rnd_zones++;
1078         } else if (blkz->type == BLK_ZONE_TYPE_SEQWRITE_REQ ||
1079                    blkz->type == BLK_ZONE_TYPE_SEQWRITE_PREF) {
1080                 set_bit(DMZ_SEQ, &zone->flags);
1081         } else
1082                 return -ENXIO;
1083
1084         if (blkz->cond == BLK_ZONE_COND_OFFLINE)
1085                 set_bit(DMZ_OFFLINE, &zone->flags);
1086         else if (blkz->cond == BLK_ZONE_COND_READONLY)
1087                 set_bit(DMZ_READ_ONLY, &zone->flags);
1088
1089         if (dmz_is_rnd(zone))
1090                 zone->wp_block = 0;
1091         else
1092                 zone->wp_block = dmz_sect2blk(blkz->wp - blkz->start);
1093
1094         if (!dmz_is_offline(zone) && !dmz_is_readonly(zone)) {
1095                 zmd->nr_useable_zones++;
1096                 if (dmz_is_rnd(zone)) {
1097                         zmd->nr_rnd_zones++;
1098                         if (!zmd->sb_zone) {
1099                                 /* Super block zone */
1100                                 zmd->sb_zone = zone;
1101                         }
1102                 }
1103         }
1104
1105         return 0;
1106 }
1107
1108 /*
1109  * Free zones descriptors.
1110  */
1111 static void dmz_drop_zones(struct dmz_metadata *zmd)
1112 {
1113         kfree(zmd->zones);
1114         zmd->zones = NULL;
1115 }
1116
1117 /*
1118  * The size of a zone report in number of zones.
1119  * This results in 4096*64B=256KB report zones commands.
1120  */
1121 #define DMZ_REPORT_NR_ZONES     4096
1122
1123 /*
1124  * Allocate and initialize zone descriptors using the zone
1125  * information from disk.
1126  */
1127 static int dmz_init_zones(struct dmz_metadata *zmd)
1128 {
1129         struct dmz_dev *dev = zmd->dev;
1130         struct dm_zone *zone;
1131         struct blk_zone *blkz;
1132         unsigned int nr_blkz;
1133         sector_t sector = 0;
1134         int i, ret = 0;
1135
1136         /* Init */
1137         zmd->zone_bitmap_size = dev->zone_nr_blocks >> 3;
1138         zmd->zone_nr_bitmap_blocks = zmd->zone_bitmap_size >> DMZ_BLOCK_SHIFT;
1139
1140         /* Allocate zone array */
1141         zmd->zones = kcalloc(dev->nr_zones, sizeof(struct dm_zone), GFP_KERNEL);
1142         if (!zmd->zones)
1143                 return -ENOMEM;
1144
1145         dmz_dev_info(dev, "Using %zu B for zone information",
1146                      sizeof(struct dm_zone) * dev->nr_zones);
1147
1148         /* Get zone information */
1149         nr_blkz = DMZ_REPORT_NR_ZONES;
1150         blkz = kcalloc(nr_blkz, sizeof(struct blk_zone), GFP_KERNEL);
1151         if (!blkz) {
1152                 ret = -ENOMEM;
1153                 goto out;
1154         }
1155
1156         /*
1157          * Get zone information and initialize zone descriptors.
1158          * At the same time, determine where the super block
1159          * should be: first block of the first randomly writable
1160          * zone.
1161          */
1162         zone = zmd->zones;
1163         while (sector < dev->capacity) {
1164                 /* Get zone information */
1165                 nr_blkz = DMZ_REPORT_NR_ZONES;
1166                 ret = blkdev_report_zones(dev->bdev, sector, blkz, &nr_blkz);
1167                 if (ret) {
1168                         dmz_dev_err(dev, "Report zones failed %d", ret);
1169                         goto out;
1170                 }
1171
1172                 if (!nr_blkz)
1173                         break;
1174
1175                 /* Process report */
1176                 for (i = 0; i < nr_blkz; i++) {
1177                         ret = dmz_init_zone(zmd, zone, &blkz[i]);
1178                         if (ret)
1179                                 goto out;
1180                         sector += dev->zone_nr_sectors;
1181                         zone++;
1182                 }
1183         }
1184
1185         /* The entire zone configuration of the disk should now be known */
1186         if (sector < dev->capacity) {
1187                 dmz_dev_err(dev, "Failed to get correct zone information");
1188                 ret = -ENXIO;
1189         }
1190 out:
1191         kfree(blkz);
1192         if (ret)
1193                 dmz_drop_zones(zmd);
1194
1195         return ret;
1196 }
1197
1198 /*
1199  * Update a zone information.
1200  */
1201 static int dmz_update_zone(struct dmz_metadata *zmd, struct dm_zone *zone)
1202 {
1203         unsigned int nr_blkz = 1;
1204         unsigned int noio_flag;
1205         struct blk_zone blkz;
1206         int ret;
1207
1208         /*
1209          * Get zone information from disk. Since blkdev_report_zones() uses
1210          * GFP_KERNEL by default for memory allocations, set the per-task
1211          * PF_MEMALLOC_NOIO flag so that all allocations are done as if
1212          * GFP_NOIO was specified.
1213          */
1214         noio_flag = memalloc_noio_save();
1215         ret = blkdev_report_zones(zmd->dev->bdev, dmz_start_sect(zmd, zone),
1216                                   &blkz, &nr_blkz);
1217         memalloc_noio_restore(noio_flag);
1218         if (!nr_blkz)
1219                 ret = -EIO;
1220         if (ret) {
1221                 dmz_dev_err(zmd->dev, "Get zone %u report failed",
1222                             dmz_id(zmd, zone));
1223                 return ret;
1224         }
1225
1226         clear_bit(DMZ_OFFLINE, &zone->flags);
1227         clear_bit(DMZ_READ_ONLY, &zone->flags);
1228         if (blkz.cond == BLK_ZONE_COND_OFFLINE)
1229                 set_bit(DMZ_OFFLINE, &zone->flags);
1230         else if (blkz.cond == BLK_ZONE_COND_READONLY)
1231                 set_bit(DMZ_READ_ONLY, &zone->flags);
1232
1233         if (dmz_is_seq(zone))
1234                 zone->wp_block = dmz_sect2blk(blkz.wp - blkz.start);
1235         else
1236                 zone->wp_block = 0;
1237
1238         return 0;
1239 }
1240
1241 /*
1242  * Check a zone write pointer position when the zone is marked
1243  * with the sequential write error flag.
1244  */
1245 static int dmz_handle_seq_write_err(struct dmz_metadata *zmd,
1246                                     struct dm_zone *zone)
1247 {
1248         unsigned int wp = 0;
1249         int ret;
1250
1251         wp = zone->wp_block;
1252         ret = dmz_update_zone(zmd, zone);
1253         if (ret)
1254                 return ret;
1255
1256         dmz_dev_warn(zmd->dev, "Processing zone %u write error (zone wp %u/%u)",
1257                      dmz_id(zmd, zone), zone->wp_block, wp);
1258
1259         if (zone->wp_block < wp) {
1260                 dmz_invalidate_blocks(zmd, zone, zone->wp_block,
1261                                       wp - zone->wp_block);
1262         }
1263
1264         return 0;
1265 }
1266
1267 static struct dm_zone *dmz_get(struct dmz_metadata *zmd, unsigned int zone_id)
1268 {
1269         return &zmd->zones[zone_id];
1270 }
1271
1272 /*
1273  * Reset a zone write pointer.
1274  */
1275 static int dmz_reset_zone(struct dmz_metadata *zmd, struct dm_zone *zone)
1276 {
1277         int ret;
1278
1279         /*
1280          * Ignore offline zones, read only zones,
1281          * and conventional zones.
1282          */
1283         if (dmz_is_offline(zone) ||
1284             dmz_is_readonly(zone) ||
1285             dmz_is_rnd(zone))
1286                 return 0;
1287
1288         if (!dmz_is_empty(zone) || dmz_seq_write_err(zone)) {
1289                 struct dmz_dev *dev = zmd->dev;
1290
1291                 ret = blkdev_reset_zones(dev->bdev,
1292                                          dmz_start_sect(zmd, zone),
1293                                          dev->zone_nr_sectors, GFP_NOIO);
1294                 if (ret) {
1295                         dmz_dev_err(dev, "Reset zone %u failed %d",
1296                                     dmz_id(zmd, zone), ret);
1297                         return ret;
1298                 }
1299         }
1300
1301         /* Clear write error bit and rewind write pointer position */
1302         clear_bit(DMZ_SEQ_WRITE_ERR, &zone->flags);
1303         zone->wp_block = 0;
1304
1305         return 0;
1306 }
1307
1308 static void dmz_get_zone_weight(struct dmz_metadata *zmd, struct dm_zone *zone);
1309
1310 /*
1311  * Initialize chunk mapping.
1312  */
1313 static int dmz_load_mapping(struct dmz_metadata *zmd)
1314 {
1315         struct dmz_dev *dev = zmd->dev;
1316         struct dm_zone *dzone, *bzone;
1317         struct dmz_mblock *dmap_mblk = NULL;
1318         struct dmz_map *dmap;
1319         unsigned int i = 0, e = 0, chunk = 0;
1320         unsigned int dzone_id;
1321         unsigned int bzone_id;
1322
1323         /* Metadata block array for the chunk mapping table */
1324         zmd->map_mblk = kcalloc(zmd->nr_map_blocks,
1325                                 sizeof(struct dmz_mblk *), GFP_KERNEL);
1326         if (!zmd->map_mblk)
1327                 return -ENOMEM;
1328
1329         /* Get chunk mapping table blocks and initialize zone mapping */
1330         while (chunk < zmd->nr_chunks) {
1331                 if (!dmap_mblk) {
1332                         /* Get mapping block */
1333                         dmap_mblk = dmz_get_mblock(zmd, i + 1);
1334                         if (IS_ERR(dmap_mblk))
1335                                 return PTR_ERR(dmap_mblk);
1336                         zmd->map_mblk[i] = dmap_mblk;
1337                         dmap = (struct dmz_map *) dmap_mblk->data;
1338                         i++;
1339                         e = 0;
1340                 }
1341
1342                 /* Check data zone */
1343                 dzone_id = le32_to_cpu(dmap[e].dzone_id);
1344                 if (dzone_id == DMZ_MAP_UNMAPPED)
1345                         goto next;
1346
1347                 if (dzone_id >= dev->nr_zones) {
1348                         dmz_dev_err(dev, "Chunk %u mapping: invalid data zone ID %u",
1349                                     chunk, dzone_id);
1350                         return -EIO;
1351                 }
1352
1353                 dzone = dmz_get(zmd, dzone_id);
1354                 set_bit(DMZ_DATA, &dzone->flags);
1355                 dzone->chunk = chunk;
1356                 dmz_get_zone_weight(zmd, dzone);
1357
1358                 if (dmz_is_rnd(dzone))
1359                         list_add_tail(&dzone->link, &zmd->map_rnd_list);
1360                 else
1361                         list_add_tail(&dzone->link, &zmd->map_seq_list);
1362
1363                 /* Check buffer zone */
1364                 bzone_id = le32_to_cpu(dmap[e].bzone_id);
1365                 if (bzone_id == DMZ_MAP_UNMAPPED)
1366                         goto next;
1367
1368                 if (bzone_id >= dev->nr_zones) {
1369                         dmz_dev_err(dev, "Chunk %u mapping: invalid buffer zone ID %u",
1370                                     chunk, bzone_id);
1371                         return -EIO;
1372                 }
1373
1374                 bzone = dmz_get(zmd, bzone_id);
1375                 if (!dmz_is_rnd(bzone)) {
1376                         dmz_dev_err(dev, "Chunk %u mapping: invalid buffer zone %u",
1377                                     chunk, bzone_id);
1378                         return -EIO;
1379                 }
1380
1381                 set_bit(DMZ_DATA, &bzone->flags);
1382                 set_bit(DMZ_BUF, &bzone->flags);
1383                 bzone->chunk = chunk;
1384                 bzone->bzone = dzone;
1385                 dzone->bzone = bzone;
1386                 dmz_get_zone_weight(zmd, bzone);
1387                 list_add_tail(&bzone->link, &zmd->map_rnd_list);
1388 next:
1389                 chunk++;
1390                 e++;
1391                 if (e >= DMZ_MAP_ENTRIES)
1392                         dmap_mblk = NULL;
1393         }
1394
1395         /*
1396          * At this point, only meta zones and mapped data zones were
1397          * fully initialized. All remaining zones are unmapped data
1398          * zones. Finish initializing those here.
1399          */
1400         for (i = 0; i < dev->nr_zones; i++) {
1401                 dzone = dmz_get(zmd, i);
1402                 if (dmz_is_meta(dzone))
1403                         continue;
1404
1405                 if (dmz_is_rnd(dzone))
1406                         zmd->nr_rnd++;
1407                 else
1408                         zmd->nr_seq++;
1409
1410                 if (dmz_is_data(dzone)) {
1411                         /* Already initialized */
1412                         continue;
1413                 }
1414
1415                 /* Unmapped data zone */
1416                 set_bit(DMZ_DATA, &dzone->flags);
1417                 dzone->chunk = DMZ_MAP_UNMAPPED;
1418                 if (dmz_is_rnd(dzone)) {
1419                         list_add_tail(&dzone->link, &zmd->unmap_rnd_list);
1420                         atomic_inc(&zmd->unmap_nr_rnd);
1421                 } else if (atomic_read(&zmd->nr_reserved_seq_zones) < zmd->nr_reserved_seq) {
1422                         list_add_tail(&dzone->link, &zmd->reserved_seq_zones_list);
1423                         atomic_inc(&zmd->nr_reserved_seq_zones);
1424                         zmd->nr_seq--;
1425                 } else {
1426                         list_add_tail(&dzone->link, &zmd->unmap_seq_list);
1427                         atomic_inc(&zmd->unmap_nr_seq);
1428                 }
1429         }
1430
1431         return 0;
1432 }
1433
1434 /*
1435  * Set a data chunk mapping.
1436  */
1437 static void dmz_set_chunk_mapping(struct dmz_metadata *zmd, unsigned int chunk,
1438                                   unsigned int dzone_id, unsigned int bzone_id)
1439 {
1440         struct dmz_mblock *dmap_mblk = zmd->map_mblk[chunk >> DMZ_MAP_ENTRIES_SHIFT];
1441         struct dmz_map *dmap = (struct dmz_map *) dmap_mblk->data;
1442         int map_idx = chunk & DMZ_MAP_ENTRIES_MASK;
1443
1444         dmap[map_idx].dzone_id = cpu_to_le32(dzone_id);
1445         dmap[map_idx].bzone_id = cpu_to_le32(bzone_id);
1446         dmz_dirty_mblock(zmd, dmap_mblk);
1447 }
1448
1449 /*
1450  * The list of mapped zones is maintained in LRU order.
1451  * This rotates a zone at the end of its map list.
1452  */
1453 static void __dmz_lru_zone(struct dmz_metadata *zmd, struct dm_zone *zone)
1454 {
1455         if (list_empty(&zone->link))
1456                 return;
1457
1458         list_del_init(&zone->link);
1459         if (dmz_is_seq(zone)) {
1460                 /* LRU rotate sequential zone */
1461                 list_add_tail(&zone->link, &zmd->map_seq_list);
1462         } else {
1463                 /* LRU rotate random zone */
1464                 list_add_tail(&zone->link, &zmd->map_rnd_list);
1465         }
1466 }
1467
1468 /*
1469  * The list of mapped random zones is maintained
1470  * in LRU order. This rotates a zone at the end of the list.
1471  */
1472 static void dmz_lru_zone(struct dmz_metadata *zmd, struct dm_zone *zone)
1473 {
1474         __dmz_lru_zone(zmd, zone);
1475         if (zone->bzone)
1476                 __dmz_lru_zone(zmd, zone->bzone);
1477 }
1478
1479 /*
1480  * Wait for any zone to be freed.
1481  */
1482 static void dmz_wait_for_free_zones(struct dmz_metadata *zmd)
1483 {
1484         DEFINE_WAIT(wait);
1485
1486         prepare_to_wait(&zmd->free_wq, &wait, TASK_UNINTERRUPTIBLE);
1487         dmz_unlock_map(zmd);
1488         dmz_unlock_metadata(zmd);
1489
1490         io_schedule_timeout(HZ);
1491
1492         dmz_lock_metadata(zmd);
1493         dmz_lock_map(zmd);
1494         finish_wait(&zmd->free_wq, &wait);
1495 }
1496
1497 /*
1498  * Lock a zone for reclaim (set the zone RECLAIM bit).
1499  * Returns false if the zone cannot be locked or if it is already locked
1500  * and 1 otherwise.
1501  */
1502 int dmz_lock_zone_reclaim(struct dm_zone *zone)
1503 {
1504         /* Active zones cannot be reclaimed */
1505         if (dmz_is_active(zone))
1506                 return 0;
1507
1508         return !test_and_set_bit(DMZ_RECLAIM, &zone->flags);
1509 }
1510
1511 /*
1512  * Clear a zone reclaim flag.
1513  */
1514 void dmz_unlock_zone_reclaim(struct dm_zone *zone)
1515 {
1516         WARN_ON(dmz_is_active(zone));
1517         WARN_ON(!dmz_in_reclaim(zone));
1518
1519         clear_bit_unlock(DMZ_RECLAIM, &zone->flags);
1520         smp_mb__after_atomic();
1521         wake_up_bit(&zone->flags, DMZ_RECLAIM);
1522 }
1523
1524 /*
1525  * Wait for a zone reclaim to complete.
1526  */
1527 static void dmz_wait_for_reclaim(struct dmz_metadata *zmd, struct dm_zone *zone)
1528 {
1529         dmz_unlock_map(zmd);
1530         dmz_unlock_metadata(zmd);
1531         wait_on_bit_timeout(&zone->flags, DMZ_RECLAIM, TASK_UNINTERRUPTIBLE, HZ);
1532         dmz_lock_metadata(zmd);
1533         dmz_lock_map(zmd);
1534 }
1535
1536 /*
1537  * Select a random write zone for reclaim.
1538  */
1539 static struct dm_zone *dmz_get_rnd_zone_for_reclaim(struct dmz_metadata *zmd)
1540 {
1541         struct dm_zone *dzone = NULL;
1542         struct dm_zone *zone;
1543
1544         if (list_empty(&zmd->map_rnd_list))
1545                 return NULL;
1546
1547         list_for_each_entry(zone, &zmd->map_rnd_list, link) {
1548                 if (dmz_is_buf(zone))
1549                         dzone = zone->bzone;
1550                 else
1551                         dzone = zone;
1552                 if (dmz_lock_zone_reclaim(dzone))
1553                         return dzone;
1554         }
1555
1556         return NULL;
1557 }
1558
1559 /*
1560  * Select a buffered sequential zone for reclaim.
1561  */
1562 static struct dm_zone *dmz_get_seq_zone_for_reclaim(struct dmz_metadata *zmd)
1563 {
1564         struct dm_zone *zone;
1565
1566         if (list_empty(&zmd->map_seq_list))
1567                 return NULL;
1568
1569         list_for_each_entry(zone, &zmd->map_seq_list, link) {
1570                 if (!zone->bzone)
1571                         continue;
1572                 if (dmz_lock_zone_reclaim(zone))
1573                         return zone;
1574         }
1575
1576         return NULL;
1577 }
1578
1579 /*
1580  * Select a zone for reclaim.
1581  */
1582 struct dm_zone *dmz_get_zone_for_reclaim(struct dmz_metadata *zmd)
1583 {
1584         struct dm_zone *zone;
1585
1586         /*
1587          * Search for a zone candidate to reclaim: 2 cases are possible.
1588          * (1) There is no free sequential zones. Then a random data zone
1589          *     cannot be reclaimed. So choose a sequential zone to reclaim so
1590          *     that afterward a random zone can be reclaimed.
1591          * (2) At least one free sequential zone is available, then choose
1592          *     the oldest random zone (data or buffer) that can be locked.
1593          */
1594         dmz_lock_map(zmd);
1595         if (list_empty(&zmd->reserved_seq_zones_list))
1596                 zone = dmz_get_seq_zone_for_reclaim(zmd);
1597         else
1598                 zone = dmz_get_rnd_zone_for_reclaim(zmd);
1599         dmz_unlock_map(zmd);
1600
1601         return zone;
1602 }
1603
1604 /*
1605  * Activate a zone (increment its reference count).
1606  */
1607 void dmz_activate_zone(struct dm_zone *zone)
1608 {
1609         set_bit(DMZ_ACTIVE, &zone->flags);
1610         atomic_inc(&zone->refcount);
1611 }
1612
1613 /*
1614  * Deactivate a zone. This decrement the zone reference counter
1615  * and clears the active state of the zone once the count reaches 0,
1616  * indicating that all BIOs to the zone have completed. Returns
1617  * true if the zone was deactivated.
1618  */
1619 void dmz_deactivate_zone(struct dm_zone *zone)
1620 {
1621         if (atomic_dec_and_test(&zone->refcount)) {
1622                 WARN_ON(!test_bit(DMZ_ACTIVE, &zone->flags));
1623                 clear_bit_unlock(DMZ_ACTIVE, &zone->flags);
1624                 smp_mb__after_atomic();
1625         }
1626 }
1627
1628 /*
1629  * Get the zone mapping a chunk, if the chunk is mapped already.
1630  * If no mapping exist and the operation is WRITE, a zone is
1631  * allocated and used to map the chunk.
1632  * The zone returned will be set to the active state.
1633  */
1634 struct dm_zone *dmz_get_chunk_mapping(struct dmz_metadata *zmd, unsigned int chunk, int op)
1635 {
1636         struct dmz_mblock *dmap_mblk = zmd->map_mblk[chunk >> DMZ_MAP_ENTRIES_SHIFT];
1637         struct dmz_map *dmap = (struct dmz_map *) dmap_mblk->data;
1638         int dmap_idx = chunk & DMZ_MAP_ENTRIES_MASK;
1639         unsigned int dzone_id;
1640         struct dm_zone *dzone = NULL;
1641         int ret = 0;
1642
1643         dmz_lock_map(zmd);
1644 again:
1645         /* Get the chunk mapping */
1646         dzone_id = le32_to_cpu(dmap[dmap_idx].dzone_id);
1647         if (dzone_id == DMZ_MAP_UNMAPPED) {
1648                 /*
1649                  * Read or discard in unmapped chunks are fine. But for
1650                  * writes, we need a mapping, so get one.
1651                  */
1652                 if (op != REQ_OP_WRITE)
1653                         goto out;
1654
1655                 /* Alloate a random zone */
1656                 dzone = dmz_alloc_zone(zmd, DMZ_ALLOC_RND);
1657                 if (!dzone) {
1658                         dmz_wait_for_free_zones(zmd);
1659                         goto again;
1660                 }
1661
1662                 dmz_map_zone(zmd, dzone, chunk);
1663
1664         } else {
1665                 /* The chunk is already mapped: get the mapping zone */
1666                 dzone = dmz_get(zmd, dzone_id);
1667                 if (dzone->chunk != chunk) {
1668                         dzone = ERR_PTR(-EIO);
1669                         goto out;
1670                 }
1671
1672                 /* Repair write pointer if the sequential dzone has error */
1673                 if (dmz_seq_write_err(dzone)) {
1674                         ret = dmz_handle_seq_write_err(zmd, dzone);
1675                         if (ret) {
1676                                 dzone = ERR_PTR(-EIO);
1677                                 goto out;
1678                         }
1679                         clear_bit(DMZ_SEQ_WRITE_ERR, &dzone->flags);
1680                 }
1681         }
1682
1683         /*
1684          * If the zone is being reclaimed, the chunk mapping may change
1685          * to a different zone. So wait for reclaim and retry. Otherwise,
1686          * activate the zone (this will prevent reclaim from touching it).
1687          */
1688         if (dmz_in_reclaim(dzone)) {
1689                 dmz_wait_for_reclaim(zmd, dzone);
1690                 goto again;
1691         }
1692         dmz_activate_zone(dzone);
1693         dmz_lru_zone(zmd, dzone);
1694 out:
1695         dmz_unlock_map(zmd);
1696
1697         return dzone;
1698 }
1699
1700 /*
1701  * Write and discard change the block validity of data zones and their buffer
1702  * zones. Check here that valid blocks are still present. If all blocks are
1703  * invalid, the zones can be unmapped on the fly without waiting for reclaim
1704  * to do it.
1705  */
1706 void dmz_put_chunk_mapping(struct dmz_metadata *zmd, struct dm_zone *dzone)
1707 {
1708         struct dm_zone *bzone;
1709
1710         dmz_lock_map(zmd);
1711
1712         bzone = dzone->bzone;
1713         if (bzone) {
1714                 if (dmz_weight(bzone))
1715                         dmz_lru_zone(zmd, bzone);
1716                 else {
1717                         /* Empty buffer zone: reclaim it */
1718                         dmz_unmap_zone(zmd, bzone);
1719                         dmz_free_zone(zmd, bzone);
1720                         bzone = NULL;
1721                 }
1722         }
1723
1724         /* Deactivate the data zone */
1725         dmz_deactivate_zone(dzone);
1726         if (dmz_is_active(dzone) || bzone || dmz_weight(dzone))
1727                 dmz_lru_zone(zmd, dzone);
1728         else {
1729                 /* Unbuffered inactive empty data zone: reclaim it */
1730                 dmz_unmap_zone(zmd, dzone);
1731                 dmz_free_zone(zmd, dzone);
1732         }
1733
1734         dmz_unlock_map(zmd);
1735 }
1736
1737 /*
1738  * Allocate and map a random zone to buffer a chunk
1739  * already mapped to a sequential zone.
1740  */
1741 struct dm_zone *dmz_get_chunk_buffer(struct dmz_metadata *zmd,
1742                                      struct dm_zone *dzone)
1743 {
1744         struct dm_zone *bzone;
1745
1746         dmz_lock_map(zmd);
1747 again:
1748         bzone = dzone->bzone;
1749         if (bzone)
1750                 goto out;
1751
1752         /* Alloate a random zone */
1753         bzone = dmz_alloc_zone(zmd, DMZ_ALLOC_RND);
1754         if (!bzone) {
1755                 dmz_wait_for_free_zones(zmd);
1756                 goto again;
1757         }
1758
1759         /* Update the chunk mapping */
1760         dmz_set_chunk_mapping(zmd, dzone->chunk, dmz_id(zmd, dzone),
1761                               dmz_id(zmd, bzone));
1762
1763         set_bit(DMZ_BUF, &bzone->flags);
1764         bzone->chunk = dzone->chunk;
1765         bzone->bzone = dzone;
1766         dzone->bzone = bzone;
1767         list_add_tail(&bzone->link, &zmd->map_rnd_list);
1768 out:
1769         dmz_unlock_map(zmd);
1770
1771         return bzone;
1772 }
1773
1774 /*
1775  * Get an unmapped (free) zone.
1776  * This must be called with the mapping lock held.
1777  */
1778 struct dm_zone *dmz_alloc_zone(struct dmz_metadata *zmd, unsigned long flags)
1779 {
1780         struct list_head *list;
1781         struct dm_zone *zone;
1782
1783         if (flags & DMZ_ALLOC_RND)
1784                 list = &zmd->unmap_rnd_list;
1785         else
1786                 list = &zmd->unmap_seq_list;
1787 again:
1788         if (list_empty(list)) {
1789                 /*
1790                  * No free zone: if this is for reclaim, allow using the
1791                  * reserved sequential zones.
1792                  */
1793                 if (!(flags & DMZ_ALLOC_RECLAIM) ||
1794                     list_empty(&zmd->reserved_seq_zones_list))
1795                         return NULL;
1796
1797                 zone = list_first_entry(&zmd->reserved_seq_zones_list,
1798                                         struct dm_zone, link);
1799                 list_del_init(&zone->link);
1800                 atomic_dec(&zmd->nr_reserved_seq_zones);
1801                 return zone;
1802         }
1803
1804         zone = list_first_entry(list, struct dm_zone, link);
1805         list_del_init(&zone->link);
1806
1807         if (dmz_is_rnd(zone))
1808                 atomic_dec(&zmd->unmap_nr_rnd);
1809         else
1810                 atomic_dec(&zmd->unmap_nr_seq);
1811
1812         if (dmz_is_offline(zone)) {
1813                 dmz_dev_warn(zmd->dev, "Zone %u is offline", dmz_id(zmd, zone));
1814                 zone = NULL;
1815                 goto again;
1816         }
1817
1818         return zone;
1819 }
1820
1821 /*
1822  * Free a zone.
1823  * This must be called with the mapping lock held.
1824  */
1825 void dmz_free_zone(struct dmz_metadata *zmd, struct dm_zone *zone)
1826 {
1827         /* If this is a sequential zone, reset it */
1828         if (dmz_is_seq(zone))
1829                 dmz_reset_zone(zmd, zone);
1830
1831         /* Return the zone to its type unmap list */
1832         if (dmz_is_rnd(zone)) {
1833                 list_add_tail(&zone->link, &zmd->unmap_rnd_list);
1834                 atomic_inc(&zmd->unmap_nr_rnd);
1835         } else if (atomic_read(&zmd->nr_reserved_seq_zones) <
1836                    zmd->nr_reserved_seq) {
1837                 list_add_tail(&zone->link, &zmd->reserved_seq_zones_list);
1838                 atomic_inc(&zmd->nr_reserved_seq_zones);
1839         } else {
1840                 list_add_tail(&zone->link, &zmd->unmap_seq_list);
1841                 atomic_inc(&zmd->unmap_nr_seq);
1842         }
1843
1844         wake_up_all(&zmd->free_wq);
1845 }
1846
1847 /*
1848  * Map a chunk to a zone.
1849  * This must be called with the mapping lock held.
1850  */
1851 void dmz_map_zone(struct dmz_metadata *zmd, struct dm_zone *dzone,
1852                   unsigned int chunk)
1853 {
1854         /* Set the chunk mapping */
1855         dmz_set_chunk_mapping(zmd, chunk, dmz_id(zmd, dzone),
1856                               DMZ_MAP_UNMAPPED);
1857         dzone->chunk = chunk;
1858         if (dmz_is_rnd(dzone))
1859                 list_add_tail(&dzone->link, &zmd->map_rnd_list);
1860         else
1861                 list_add_tail(&dzone->link, &zmd->map_seq_list);
1862 }
1863
1864 /*
1865  * Unmap a zone.
1866  * This must be called with the mapping lock held.
1867  */
1868 void dmz_unmap_zone(struct dmz_metadata *zmd, struct dm_zone *zone)
1869 {
1870         unsigned int chunk = zone->chunk;
1871         unsigned int dzone_id;
1872
1873         if (chunk == DMZ_MAP_UNMAPPED) {
1874                 /* Already unmapped */
1875                 return;
1876         }
1877
1878         if (test_and_clear_bit(DMZ_BUF, &zone->flags)) {
1879                 /*
1880                  * Unmapping the chunk buffer zone: clear only
1881                  * the chunk buffer mapping
1882                  */
1883                 dzone_id = dmz_id(zmd, zone->bzone);
1884                 zone->bzone->bzone = NULL;
1885                 zone->bzone = NULL;
1886
1887         } else {
1888                 /*
1889                  * Unmapping the chunk data zone: the zone must
1890                  * not be buffered.
1891                  */
1892                 if (WARN_ON(zone->bzone)) {
1893                         zone->bzone->bzone = NULL;
1894                         zone->bzone = NULL;
1895                 }
1896                 dzone_id = DMZ_MAP_UNMAPPED;
1897         }
1898
1899         dmz_set_chunk_mapping(zmd, chunk, dzone_id, DMZ_MAP_UNMAPPED);
1900
1901         zone->chunk = DMZ_MAP_UNMAPPED;
1902         list_del_init(&zone->link);
1903 }
1904
1905 /*
1906  * Set @nr_bits bits in @bitmap starting from @bit.
1907  * Return the number of bits changed from 0 to 1.
1908  */
1909 static unsigned int dmz_set_bits(unsigned long *bitmap,
1910                                  unsigned int bit, unsigned int nr_bits)
1911 {
1912         unsigned long *addr;
1913         unsigned int end = bit + nr_bits;
1914         unsigned int n = 0;
1915
1916         while (bit < end) {
1917                 if (((bit & (BITS_PER_LONG - 1)) == 0) &&
1918                     ((end - bit) >= BITS_PER_LONG)) {
1919                         /* Try to set the whole word at once */
1920                         addr = bitmap + BIT_WORD(bit);
1921                         if (*addr == 0) {
1922                                 *addr = ULONG_MAX;
1923                                 n += BITS_PER_LONG;
1924                                 bit += BITS_PER_LONG;
1925                                 continue;
1926                         }
1927                 }
1928
1929                 if (!test_and_set_bit(bit, bitmap))
1930                         n++;
1931                 bit++;
1932         }
1933
1934         return n;
1935 }
1936
1937 /*
1938  * Get the bitmap block storing the bit for chunk_block in zone.
1939  */
1940 static struct dmz_mblock *dmz_get_bitmap(struct dmz_metadata *zmd,
1941                                          struct dm_zone *zone,
1942                                          sector_t chunk_block)
1943 {
1944         sector_t bitmap_block = 1 + zmd->nr_map_blocks +
1945                 (sector_t)(dmz_id(zmd, zone) * zmd->zone_nr_bitmap_blocks) +
1946                 (chunk_block >> DMZ_BLOCK_SHIFT_BITS);
1947
1948         return dmz_get_mblock(zmd, bitmap_block);
1949 }
1950
1951 /*
1952  * Copy the valid blocks bitmap of from_zone to the bitmap of to_zone.
1953  */
1954 int dmz_copy_valid_blocks(struct dmz_metadata *zmd, struct dm_zone *from_zone,
1955                           struct dm_zone *to_zone)
1956 {
1957         struct dmz_mblock *from_mblk, *to_mblk;
1958         sector_t chunk_block = 0;
1959
1960         /* Get the zones bitmap blocks */
1961         while (chunk_block < zmd->dev->zone_nr_blocks) {
1962                 from_mblk = dmz_get_bitmap(zmd, from_zone, chunk_block);
1963                 if (IS_ERR(from_mblk))
1964                         return PTR_ERR(from_mblk);
1965                 to_mblk = dmz_get_bitmap(zmd, to_zone, chunk_block);
1966                 if (IS_ERR(to_mblk)) {
1967                         dmz_release_mblock(zmd, from_mblk);
1968                         return PTR_ERR(to_mblk);
1969                 }
1970
1971                 memcpy(to_mblk->data, from_mblk->data, DMZ_BLOCK_SIZE);
1972                 dmz_dirty_mblock(zmd, to_mblk);
1973
1974                 dmz_release_mblock(zmd, to_mblk);
1975                 dmz_release_mblock(zmd, from_mblk);
1976
1977                 chunk_block += DMZ_BLOCK_SIZE_BITS;
1978         }
1979
1980         to_zone->weight = from_zone->weight;
1981
1982         return 0;
1983 }
1984
1985 /*
1986  * Merge the valid blocks bitmap of from_zone into the bitmap of to_zone,
1987  * starting from chunk_block.
1988  */
1989 int dmz_merge_valid_blocks(struct dmz_metadata *zmd, struct dm_zone *from_zone,
1990                            struct dm_zone *to_zone, sector_t chunk_block)
1991 {
1992         unsigned int nr_blocks;
1993         int ret;
1994
1995         /* Get the zones bitmap blocks */
1996         while (chunk_block < zmd->dev->zone_nr_blocks) {
1997                 /* Get a valid region from the source zone */
1998                 ret = dmz_first_valid_block(zmd, from_zone, &chunk_block);
1999                 if (ret <= 0)
2000                         return ret;
2001
2002                 nr_blocks = ret;
2003                 ret = dmz_validate_blocks(zmd, to_zone, chunk_block, nr_blocks);
2004                 if (ret)
2005                         return ret;
2006
2007                 chunk_block += nr_blocks;
2008         }
2009
2010         return 0;
2011 }
2012
2013 /*
2014  * Validate all the blocks in the range [block..block+nr_blocks-1].
2015  */
2016 int dmz_validate_blocks(struct dmz_metadata *zmd, struct dm_zone *zone,
2017                         sector_t chunk_block, unsigned int nr_blocks)
2018 {
2019         unsigned int count, bit, nr_bits;
2020         unsigned int zone_nr_blocks = zmd->dev->zone_nr_blocks;
2021         struct dmz_mblock *mblk;
2022         unsigned int n = 0;
2023
2024         dmz_dev_debug(zmd->dev, "=> VALIDATE zone %u, block %llu, %u blocks",
2025                       dmz_id(zmd, zone), (unsigned long long)chunk_block,
2026                       nr_blocks);
2027
2028         WARN_ON(chunk_block + nr_blocks > zone_nr_blocks);
2029
2030         while (nr_blocks) {
2031                 /* Get bitmap block */
2032                 mblk = dmz_get_bitmap(zmd, zone, chunk_block);
2033                 if (IS_ERR(mblk))
2034                         return PTR_ERR(mblk);
2035
2036                 /* Set bits */
2037                 bit = chunk_block & DMZ_BLOCK_MASK_BITS;
2038                 nr_bits = min(nr_blocks, DMZ_BLOCK_SIZE_BITS - bit);
2039
2040                 count = dmz_set_bits((unsigned long *)mblk->data, bit, nr_bits);
2041                 if (count) {
2042                         dmz_dirty_mblock(zmd, mblk);
2043                         n += count;
2044                 }
2045                 dmz_release_mblock(zmd, mblk);
2046
2047                 nr_blocks -= nr_bits;
2048                 chunk_block += nr_bits;
2049         }
2050
2051         if (likely(zone->weight + n <= zone_nr_blocks))
2052                 zone->weight += n;
2053         else {
2054                 dmz_dev_warn(zmd->dev, "Zone %u: weight %u should be <= %u",
2055                              dmz_id(zmd, zone), zone->weight,
2056                              zone_nr_blocks - n);
2057                 zone->weight = zone_nr_blocks;
2058         }
2059
2060         return 0;
2061 }
2062
2063 /*
2064  * Clear nr_bits bits in bitmap starting from bit.
2065  * Return the number of bits cleared.
2066  */
2067 static int dmz_clear_bits(unsigned long *bitmap, int bit, int nr_bits)
2068 {
2069         unsigned long *addr;
2070         int end = bit + nr_bits;
2071         int n = 0;
2072
2073         while (bit < end) {
2074                 if (((bit & (BITS_PER_LONG - 1)) == 0) &&
2075                     ((end - bit) >= BITS_PER_LONG)) {
2076                         /* Try to clear whole word at once */
2077                         addr = bitmap + BIT_WORD(bit);
2078                         if (*addr == ULONG_MAX) {
2079                                 *addr = 0;
2080                                 n += BITS_PER_LONG;
2081                                 bit += BITS_PER_LONG;
2082                                 continue;
2083                         }
2084                 }
2085
2086                 if (test_and_clear_bit(bit, bitmap))
2087                         n++;
2088                 bit++;
2089         }
2090
2091         return n;
2092 }
2093
2094 /*
2095  * Invalidate all the blocks in the range [block..block+nr_blocks-1].
2096  */
2097 int dmz_invalidate_blocks(struct dmz_metadata *zmd, struct dm_zone *zone,
2098                           sector_t chunk_block, unsigned int nr_blocks)
2099 {
2100         unsigned int count, bit, nr_bits;
2101         struct dmz_mblock *mblk;
2102         unsigned int n = 0;
2103
2104         dmz_dev_debug(zmd->dev, "=> INVALIDATE zone %u, block %llu, %u blocks",
2105                       dmz_id(zmd, zone), (u64)chunk_block, nr_blocks);
2106
2107         WARN_ON(chunk_block + nr_blocks > zmd->dev->zone_nr_blocks);
2108
2109         while (nr_blocks) {
2110                 /* Get bitmap block */
2111                 mblk = dmz_get_bitmap(zmd, zone, chunk_block);
2112                 if (IS_ERR(mblk))
2113                         return PTR_ERR(mblk);
2114
2115                 /* Clear bits */
2116                 bit = chunk_block & DMZ_BLOCK_MASK_BITS;
2117                 nr_bits = min(nr_blocks, DMZ_BLOCK_SIZE_BITS - bit);
2118
2119                 count = dmz_clear_bits((unsigned long *)mblk->data,
2120                                        bit, nr_bits);
2121                 if (count) {
2122                         dmz_dirty_mblock(zmd, mblk);
2123                         n += count;
2124                 }
2125                 dmz_release_mblock(zmd, mblk);
2126
2127                 nr_blocks -= nr_bits;
2128                 chunk_block += nr_bits;
2129         }
2130
2131         if (zone->weight >= n)
2132                 zone->weight -= n;
2133         else {
2134                 dmz_dev_warn(zmd->dev, "Zone %u: weight %u should be >= %u",
2135                              dmz_id(zmd, zone), zone->weight, n);
2136                 zone->weight = 0;
2137         }
2138
2139         return 0;
2140 }
2141
2142 /*
2143  * Get a block bit value.
2144  */
2145 static int dmz_test_block(struct dmz_metadata *zmd, struct dm_zone *zone,
2146                           sector_t chunk_block)
2147 {
2148         struct dmz_mblock *mblk;
2149         int ret;
2150
2151         WARN_ON(chunk_block >= zmd->dev->zone_nr_blocks);
2152
2153         /* Get bitmap block */
2154         mblk = dmz_get_bitmap(zmd, zone, chunk_block);
2155         if (IS_ERR(mblk))
2156                 return PTR_ERR(mblk);
2157
2158         /* Get offset */
2159         ret = test_bit(chunk_block & DMZ_BLOCK_MASK_BITS,
2160                        (unsigned long *) mblk->data) != 0;
2161
2162         dmz_release_mblock(zmd, mblk);
2163
2164         return ret;
2165 }
2166
2167 /*
2168  * Return the number of blocks from chunk_block to the first block with a bit
2169  * value specified by set. Search at most nr_blocks blocks from chunk_block.
2170  */
2171 static int dmz_to_next_set_block(struct dmz_metadata *zmd, struct dm_zone *zone,
2172                                  sector_t chunk_block, unsigned int nr_blocks,
2173                                  int set)
2174 {
2175         struct dmz_mblock *mblk;
2176         unsigned int bit, set_bit, nr_bits;
2177         unsigned long *bitmap;
2178         int n = 0;
2179
2180         WARN_ON(chunk_block + nr_blocks > zmd->dev->zone_nr_blocks);
2181
2182         while (nr_blocks) {
2183                 /* Get bitmap block */
2184                 mblk = dmz_get_bitmap(zmd, zone, chunk_block);
2185                 if (IS_ERR(mblk))
2186                         return PTR_ERR(mblk);
2187
2188                 /* Get offset */
2189                 bitmap = (unsigned long *) mblk->data;
2190                 bit = chunk_block & DMZ_BLOCK_MASK_BITS;
2191                 nr_bits = min(nr_blocks, DMZ_BLOCK_SIZE_BITS - bit);
2192                 if (set)
2193                         set_bit = find_next_bit(bitmap, DMZ_BLOCK_SIZE_BITS, bit);
2194                 else
2195                         set_bit = find_next_zero_bit(bitmap, DMZ_BLOCK_SIZE_BITS, bit);
2196                 dmz_release_mblock(zmd, mblk);
2197
2198                 n += set_bit - bit;
2199                 if (set_bit < DMZ_BLOCK_SIZE_BITS)
2200                         break;
2201
2202                 nr_blocks -= nr_bits;
2203                 chunk_block += nr_bits;
2204         }
2205
2206         return n;
2207 }
2208
2209 /*
2210  * Test if chunk_block is valid. If it is, the number of consecutive
2211  * valid blocks from chunk_block will be returned.
2212  */
2213 int dmz_block_valid(struct dmz_metadata *zmd, struct dm_zone *zone,
2214                     sector_t chunk_block)
2215 {
2216         int valid;
2217
2218         valid = dmz_test_block(zmd, zone, chunk_block);
2219         if (valid <= 0)
2220                 return valid;
2221
2222         /* The block is valid: get the number of valid blocks from block */
2223         return dmz_to_next_set_block(zmd, zone, chunk_block,
2224                                      zmd->dev->zone_nr_blocks - chunk_block, 0);
2225 }
2226
2227 /*
2228  * Find the first valid block from @chunk_block in @zone.
2229  * If such a block is found, its number is returned using
2230  * @chunk_block and the total number of valid blocks from @chunk_block
2231  * is returned.
2232  */
2233 int dmz_first_valid_block(struct dmz_metadata *zmd, struct dm_zone *zone,
2234                           sector_t *chunk_block)
2235 {
2236         sector_t start_block = *chunk_block;
2237         int ret;
2238
2239         ret = dmz_to_next_set_block(zmd, zone, start_block,
2240                                     zmd->dev->zone_nr_blocks - start_block, 1);
2241         if (ret < 0)
2242                 return ret;
2243
2244         start_block += ret;
2245         *chunk_block = start_block;
2246
2247         return dmz_to_next_set_block(zmd, zone, start_block,
2248                                      zmd->dev->zone_nr_blocks - start_block, 0);
2249 }
2250
2251 /*
2252  * Count the number of bits set starting from bit up to bit + nr_bits - 1.
2253  */
2254 static int dmz_count_bits(void *bitmap, int bit, int nr_bits)
2255 {
2256         unsigned long *addr;
2257         int end = bit + nr_bits;
2258         int n = 0;
2259
2260         while (bit < end) {
2261                 if (((bit & (BITS_PER_LONG - 1)) == 0) &&
2262                     ((end - bit) >= BITS_PER_LONG)) {
2263                         addr = (unsigned long *)bitmap + BIT_WORD(bit);
2264                         if (*addr == ULONG_MAX) {
2265                                 n += BITS_PER_LONG;
2266                                 bit += BITS_PER_LONG;
2267                                 continue;
2268                         }
2269                 }
2270
2271                 if (test_bit(bit, bitmap))
2272                         n++;
2273                 bit++;
2274         }
2275
2276         return n;
2277 }
2278
2279 /*
2280  * Get a zone weight.
2281  */
2282 static void dmz_get_zone_weight(struct dmz_metadata *zmd, struct dm_zone *zone)
2283 {
2284         struct dmz_mblock *mblk;
2285         sector_t chunk_block = 0;
2286         unsigned int bit, nr_bits;
2287         unsigned int nr_blocks = zmd->dev->zone_nr_blocks;
2288         void *bitmap;
2289         int n = 0;
2290
2291         while (nr_blocks) {
2292                 /* Get bitmap block */
2293                 mblk = dmz_get_bitmap(zmd, zone, chunk_block);
2294                 if (IS_ERR(mblk)) {
2295                         n = 0;
2296                         break;
2297                 }
2298
2299                 /* Count bits in this block */
2300                 bitmap = mblk->data;
2301                 bit = chunk_block & DMZ_BLOCK_MASK_BITS;
2302                 nr_bits = min(nr_blocks, DMZ_BLOCK_SIZE_BITS - bit);
2303                 n += dmz_count_bits(bitmap, bit, nr_bits);
2304
2305                 dmz_release_mblock(zmd, mblk);
2306
2307                 nr_blocks -= nr_bits;
2308                 chunk_block += nr_bits;
2309         }
2310
2311         zone->weight = n;
2312 }
2313
2314 /*
2315  * Cleanup the zoned metadata resources.
2316  */
2317 static void dmz_cleanup_metadata(struct dmz_metadata *zmd)
2318 {
2319         struct rb_root *root;
2320         struct dmz_mblock *mblk, *next;
2321         int i;
2322
2323         /* Release zone mapping resources */
2324         if (zmd->map_mblk) {
2325                 for (i = 0; i < zmd->nr_map_blocks; i++)
2326                         dmz_release_mblock(zmd, zmd->map_mblk[i]);
2327                 kfree(zmd->map_mblk);
2328                 zmd->map_mblk = NULL;
2329         }
2330
2331         /* Release super blocks */
2332         for (i = 0; i < 2; i++) {
2333                 if (zmd->sb[i].mblk) {
2334                         dmz_free_mblock(zmd, zmd->sb[i].mblk);
2335                         zmd->sb[i].mblk = NULL;
2336                 }
2337         }
2338
2339         /* Free cached blocks */
2340         while (!list_empty(&zmd->mblk_dirty_list)) {
2341                 mblk = list_first_entry(&zmd->mblk_dirty_list,
2342                                         struct dmz_mblock, link);
2343                 dmz_dev_warn(zmd->dev, "mblock %llu still in dirty list (ref %u)",
2344                              (u64)mblk->no, mblk->ref);
2345                 list_del_init(&mblk->link);
2346                 rb_erase(&mblk->node, &zmd->mblk_rbtree);
2347                 dmz_free_mblock(zmd, mblk);
2348         }
2349
2350         while (!list_empty(&zmd->mblk_lru_list)) {
2351                 mblk = list_first_entry(&zmd->mblk_lru_list,
2352                                         struct dmz_mblock, link);
2353                 list_del_init(&mblk->link);
2354                 rb_erase(&mblk->node, &zmd->mblk_rbtree);
2355                 dmz_free_mblock(zmd, mblk);
2356         }
2357
2358         /* Sanity checks: the mblock rbtree should now be empty */
2359         root = &zmd->mblk_rbtree;
2360         rbtree_postorder_for_each_entry_safe(mblk, next, root, node) {
2361                 dmz_dev_warn(zmd->dev, "mblock %llu ref %u still in rbtree",
2362                              (u64)mblk->no, mblk->ref);
2363                 mblk->ref = 0;
2364                 dmz_free_mblock(zmd, mblk);
2365         }
2366
2367         /* Free the zone descriptors */
2368         dmz_drop_zones(zmd);
2369
2370         mutex_destroy(&zmd->mblk_flush_lock);
2371         mutex_destroy(&zmd->map_lock);
2372 }
2373
2374 /*
2375  * Initialize the zoned metadata.
2376  */
2377 int dmz_ctr_metadata(struct dmz_dev *dev, struct dmz_metadata **metadata)
2378 {
2379         struct dmz_metadata *zmd;
2380         unsigned int i, zid;
2381         struct dm_zone *zone;
2382         int ret;
2383
2384         zmd = kzalloc(sizeof(struct dmz_metadata), GFP_KERNEL);
2385         if (!zmd)
2386                 return -ENOMEM;
2387
2388         zmd->dev = dev;
2389         zmd->mblk_rbtree = RB_ROOT;
2390         init_rwsem(&zmd->mblk_sem);
2391         mutex_init(&zmd->mblk_flush_lock);
2392         spin_lock_init(&zmd->mblk_lock);
2393         INIT_LIST_HEAD(&zmd->mblk_lru_list);
2394         INIT_LIST_HEAD(&zmd->mblk_dirty_list);
2395
2396         mutex_init(&zmd->map_lock);
2397         atomic_set(&zmd->unmap_nr_rnd, 0);
2398         INIT_LIST_HEAD(&zmd->unmap_rnd_list);
2399         INIT_LIST_HEAD(&zmd->map_rnd_list);
2400
2401         atomic_set(&zmd->unmap_nr_seq, 0);
2402         INIT_LIST_HEAD(&zmd->unmap_seq_list);
2403         INIT_LIST_HEAD(&zmd->map_seq_list);
2404
2405         atomic_set(&zmd->nr_reserved_seq_zones, 0);
2406         INIT_LIST_HEAD(&zmd->reserved_seq_zones_list);
2407
2408         init_waitqueue_head(&zmd->free_wq);
2409
2410         /* Initialize zone descriptors */
2411         ret = dmz_init_zones(zmd);
2412         if (ret)
2413                 goto err;
2414
2415         /* Get super block */
2416         ret = dmz_load_sb(zmd);
2417         if (ret)
2418                 goto err;
2419
2420         /* Set metadata zones starting from sb_zone */
2421         zid = dmz_id(zmd, zmd->sb_zone);
2422         for (i = 0; i < zmd->nr_meta_zones << 1; i++) {
2423                 zone = dmz_get(zmd, zid + i);
2424                 if (!dmz_is_rnd(zone))
2425                         goto err;
2426                 set_bit(DMZ_META, &zone->flags);
2427         }
2428
2429         /* Load mapping table */
2430         ret = dmz_load_mapping(zmd);
2431         if (ret)
2432                 goto err;
2433
2434         /*
2435          * Cache size boundaries: allow at least 2 super blocks, the chunk map
2436          * blocks and enough blocks to be able to cache the bitmap blocks of
2437          * up to 16 zones when idle (min_nr_mblks). Otherwise, if busy, allow
2438          * the cache to add 512 more metadata blocks.
2439          */
2440         zmd->min_nr_mblks = 2 + zmd->nr_map_blocks + zmd->zone_nr_bitmap_blocks * 16;
2441         zmd->max_nr_mblks = zmd->min_nr_mblks + 512;
2442         zmd->mblk_shrinker.count_objects = dmz_mblock_shrinker_count;
2443         zmd->mblk_shrinker.scan_objects = dmz_mblock_shrinker_scan;
2444         zmd->mblk_shrinker.seeks = DEFAULT_SEEKS;
2445
2446         /* Metadata cache shrinker */
2447         ret = register_shrinker(&zmd->mblk_shrinker);
2448         if (ret) {
2449                 dmz_dev_err(dev, "Register metadata cache shrinker failed");
2450                 goto err;
2451         }
2452
2453         dmz_dev_info(dev, "Host-%s zoned block device",
2454                      bdev_zoned_model(dev->bdev) == BLK_ZONED_HA ?
2455                      "aware" : "managed");
2456         dmz_dev_info(dev, "  %llu 512-byte logical sectors",
2457                      (u64)dev->capacity);
2458         dmz_dev_info(dev, "  %u zones of %llu 512-byte logical sectors",
2459                      dev->nr_zones, (u64)dev->zone_nr_sectors);
2460         dmz_dev_info(dev, "  %u metadata zones",
2461                      zmd->nr_meta_zones * 2);
2462         dmz_dev_info(dev, "  %u data zones for %u chunks",
2463                      zmd->nr_data_zones, zmd->nr_chunks);
2464         dmz_dev_info(dev, "    %u random zones (%u unmapped)",
2465                      zmd->nr_rnd, atomic_read(&zmd->unmap_nr_rnd));
2466         dmz_dev_info(dev, "    %u sequential zones (%u unmapped)",
2467                      zmd->nr_seq, atomic_read(&zmd->unmap_nr_seq));
2468         dmz_dev_info(dev, "  %u reserved sequential data zones",
2469                      zmd->nr_reserved_seq);
2470
2471         dmz_dev_debug(dev, "Format:");
2472         dmz_dev_debug(dev, "%u metadata blocks per set (%u max cache)",
2473                       zmd->nr_meta_blocks, zmd->max_nr_mblks);
2474         dmz_dev_debug(dev, "  %u data zone mapping blocks",
2475                       zmd->nr_map_blocks);
2476         dmz_dev_debug(dev, "  %u bitmap blocks",
2477                       zmd->nr_bitmap_blocks);
2478
2479         *metadata = zmd;
2480
2481         return 0;
2482 err:
2483         dmz_cleanup_metadata(zmd);
2484         kfree(zmd);
2485         *metadata = NULL;
2486
2487         return ret;
2488 }
2489
2490 /*
2491  * Cleanup the zoned metadata resources.
2492  */
2493 void dmz_dtr_metadata(struct dmz_metadata *zmd)
2494 {
2495         unregister_shrinker(&zmd->mblk_shrinker);
2496         dmz_cleanup_metadata(zmd);
2497         kfree(zmd);
2498 }
2499
2500 /*
2501  * Check zone information on resume.
2502  */
2503 int dmz_resume_metadata(struct dmz_metadata *zmd)
2504 {
2505         struct dmz_dev *dev = zmd->dev;
2506         struct dm_zone *zone;
2507         sector_t wp_block;
2508         unsigned int i;
2509         int ret;
2510
2511         /* Check zones */
2512         for (i = 0; i < dev->nr_zones; i++) {
2513                 zone = dmz_get(zmd, i);
2514                 if (!zone) {
2515                         dmz_dev_err(dev, "Unable to get zone %u", i);
2516                         return -EIO;
2517                 }
2518
2519                 wp_block = zone->wp_block;
2520
2521                 ret = dmz_update_zone(zmd, zone);
2522                 if (ret) {
2523                         dmz_dev_err(dev, "Broken zone %u", i);
2524                         return ret;
2525                 }
2526
2527                 if (dmz_is_offline(zone)) {
2528                         dmz_dev_warn(dev, "Zone %u is offline", i);
2529                         continue;
2530                 }
2531
2532                 /* Check write pointer */
2533                 if (!dmz_is_seq(zone))
2534                         zone->wp_block = 0;
2535                 else if (zone->wp_block != wp_block) {
2536                         dmz_dev_err(dev, "Zone %u: Invalid wp (%llu / %llu)",
2537                                     i, (u64)zone->wp_block, (u64)wp_block);
2538                         zone->wp_block = wp_block;
2539                         dmz_invalidate_blocks(zmd, zone, zone->wp_block,
2540                                               dev->zone_nr_blocks - zone->wp_block);
2541                 }
2542         }
2543
2544         return 0;
2545 }