drivers/md/bcache/bset.c

   1 /*
   2  * Code for working with individual keys, and sorted sets of keys with in a
   3  * btree node
   4  *
   5  * Copyright 2012 Google, Inc.
   6  */
   7
   8 #include "bcache.h"
   9 #include "btree.h"
  10 #include "debug.h"
  11
  12 #include <linux/random.h>
  13 #include <linux/prefetch.h>
  14
  15 /* Keylists */
  16
  17 void bch_keylist_copy(struct keylist *dest, struct keylist *src)
  18 {
  19         *dest = *src;
  20
  21         if (src->list == src->d) {
  22                 size_t n = (uint64_t *) src->top - src->d;
  23                 dest->top = (struct bkey *) &dest->d[n];
  24                 dest->list = dest->d;
  25         }
  26 }
  27
  28 int bch_keylist_realloc(struct keylist *l, int nptrs, struct cache_set *c)
  29 {
  30         unsigned oldsize = (uint64_t *) l->top - l->list;
  31         unsigned newsize = oldsize + 2 + nptrs;
  32         uint64_t *new;
  33
  34         /* The journalling code doesn't handle the case where the keys to insert
  35          * is bigger than an empty write: If we just return -ENOMEM here,
  36          * bio_insert() and bio_invalidate() will insert the keys created so far
  37          * and finish the rest when the keylist is empty.
  38          */
  39         if (newsize * sizeof(uint64_t) > block_bytes(c) - sizeof(struct jset))
  40                 return -ENOMEM;
  41
  42         newsize = roundup_pow_of_two(newsize);
  43
  44         if (newsize <= KEYLIST_INLINE ||
  45             roundup_pow_of_two(oldsize) == newsize)
  46                 return 0;
  47
  48         new = krealloc(l->list == l->d ? NULL : l->list,
  49                        sizeof(uint64_t) * newsize, GFP_NOIO);
  50
  51         if (!new)
  52                 return -ENOMEM;
  53
  54         if (l->list == l->d)
  55                 memcpy(new, l->list, sizeof(uint64_t) * KEYLIST_INLINE);
  56
  57         l->list = new;
  58         l->top = (struct bkey *) (&l->list[oldsize]);
  59
  60         return 0;
  61 }
  62
  63 struct bkey *bch_keylist_pop(struct keylist *l)
  64 {
  65         struct bkey *k = l->bottom;
  66
  67         if (k == l->top)
  68                 return NULL;
  69
  70         while (bkey_next(k) != l->top)
  71                 k = bkey_next(k);
  72
  73         return l->top = k;
  74 }
  75
  76 /* Pointer validation */
  77
  78 bool __bch_ptr_invalid(struct cache_set *c, int level, const struct bkey *k)
  79 {
  80         unsigned i;
  81         char buf[80];
  82
  83         if (level && (!KEY_PTRS(k) || !KEY_SIZE(k) || KEY_DIRTY(k)))
  84                 goto bad;
  85
  86         if (!level && KEY_SIZE(k) > KEY_OFFSET(k))
  87                 goto bad;
  88
  89         if (!KEY_SIZE(k))
  90                 return true;
  91
  92         for (i = 0; i < KEY_PTRS(k); i++)
  93                 if (ptr_available(c, k, i)) {
  94                         struct cache *ca = PTR_CACHE(c, k, i);
  95                         size_t bucket = PTR_BUCKET_NR(c, k, i);
  96                         size_t r = bucket_remainder(c, PTR_OFFSET(k, i));
  97
  98                         if (KEY_SIZE(k) + r > c->sb.bucket_size ||
  99                             bucket <  ca->sb.first_bucket ||
 100                             bucket >= ca->sb.nbuckets)
 101                                 goto bad;
 102                 }
 103
 104         return false;
 105 bad:
 106         bch_bkey_to_text(buf, sizeof(buf), k);
 107         cache_bug(c, "spotted bad key %s: %s", buf, bch_ptr_status(c, k));
 108         return true;
 109 }
 110
 111 bool bch_ptr_bad(struct btree *b, const struct bkey *k)
 112 {
 113         struct bucket *g;
 114         unsigned i, stale;
 115
 116         if (!bkey_cmp(k, &ZERO_KEY) ||
 117             !KEY_PTRS(k) ||
 118             bch_ptr_invalid(b, k))
 119                 return true;
 120
 121         if (KEY_PTRS(k) && PTR_DEV(k, 0) == PTR_CHECK_DEV)
 122                 return true;
 123
 124         for (i = 0; i < KEY_PTRS(k); i++)
 125                 if (ptr_available(b->c, k, i)) {
 126                         g = PTR_BUCKET(b->c, k, i);
 127                         stale = ptr_stale(b->c, k, i);
 128
 129                         btree_bug_on(stale > 96, b,
 130                                      "key too stale: %i, need_gc %u",
 131                                      stale, b->c->need_gc);
 132
 133                         btree_bug_on(stale && KEY_DIRTY(k) && KEY_SIZE(k),
 134                                      b, "stale dirty pointer");
 135
 136                         if (stale)
 137                                 return true;
 138
 139 #ifdef CONFIG_BCACHE_EDEBUG
 140                         if (!mutex_trylock(&b->c->bucket_lock))
 141                                 continue;
 142
 143                         if (b->level) {
 144                                 if (KEY_DIRTY(k) ||
 145                                     g->prio != BTREE_PRIO ||
 146                                     (b->c->gc_mark_valid &&
 147                                      GC_MARK(g) != GC_MARK_METADATA))
 148                                         goto bug;
 149
 150                         } else {
 151                                 if (g->prio == BTREE_PRIO)
 152                                         goto bug;
 153
 154                                 if (KEY_DIRTY(k) &&
 155                                     b->c->gc_mark_valid &&
 156                                     GC_MARK(g) != GC_MARK_DIRTY)
 157                                         goto bug;
 158                         }
 159                         mutex_unlock(&b->c->bucket_lock);
 160 #endif
 161                 }
 162
 163         return false;
 164 #ifdef CONFIG_BCACHE_EDEBUG
 165 bug:
 166         mutex_unlock(&b->c->bucket_lock);
 167
 168         {
 169                 char buf[80];
 170
 171                 bch_bkey_to_text(buf, sizeof(buf), k);
 172                 btree_bug(b,
 173 "inconsistent pointer %s: bucket %zu pin %i prio %i gen %i last_gc %i mark %llu gc_gen %i",
 174                           buf, PTR_BUCKET_NR(b->c, k, i), atomic_read(&g->pin),
 175                           g->prio, g->gen, g->last_gc, GC_MARK(g), g->gc_gen);
 176         }
 177         return true;
 178 #endif
 179 }
 180
 181 /* Key/pointer manipulation */
 182
 183 void bch_bkey_copy_single_ptr(struct bkey *dest, const struct bkey *src,
 184                               unsigned i)
 185 {
 186         BUG_ON(i > KEY_PTRS(src));
 187
 188         /* Only copy the header, key, and one pointer. */
 189         memcpy(dest, src, 2 * sizeof(uint64_t));
 190         dest->ptr[0] = src->ptr[i];
 191         SET_KEY_PTRS(dest, 1);
 192         /* We didn't copy the checksum so clear that bit. */
 193         SET_KEY_CSUM(dest, 0);
 194 }
 195
 196 bool __bch_cut_front(const struct bkey *where, struct bkey *k)
 197 {
 198         unsigned i, len = 0;
 199
 200         if (bkey_cmp(where, &START_KEY(k)) <= 0)
 201                 return false;
 202
 203         if (bkey_cmp(where, k) < 0)
 204                 len = KEY_OFFSET(k) - KEY_OFFSET(where);
 205         else
 206                 bkey_copy_key(k, where);
 207
 208         for (i = 0; i < KEY_PTRS(k); i++)
 209                 SET_PTR_OFFSET(k, i, PTR_OFFSET(k, i) + KEY_SIZE(k) - len);
 210
 211         BUG_ON(len > KEY_SIZE(k));
 212         SET_KEY_SIZE(k, len);
 213         return true;
 214 }
 215
 216 bool __bch_cut_back(const struct bkey *where, struct bkey *k)
 217 {
 218         unsigned len = 0;
 219
 220         if (bkey_cmp(where, k) >= 0)
 221                 return false;
 222
 223         BUG_ON(KEY_INODE(where) != KEY_INODE(k));
 224
 225         if (bkey_cmp(where, &START_KEY(k)) > 0)
 226                 len = KEY_OFFSET(where) - KEY_START(k);
 227
 228         bkey_copy_key(k, where);
 229
 230         BUG_ON(len > KEY_SIZE(k));
 231         SET_KEY_SIZE(k, len);
 232         return true;
 233 }
 234
 235 static uint64_t merge_chksums(struct bkey *l, struct bkey *r)
 236 {
 237         return (l->ptr[KEY_PTRS(l)] + r->ptr[KEY_PTRS(r)]) &
 238                 ~((uint64_t)1 << 63);
 239 }
 240
 241 /* Tries to merge l and r: l should be lower than r
 242  * Returns true if we were able to merge. If we did merge, l will be the merged
 243  * key, r will be untouched.
 244  */
 245 bool bch_bkey_try_merge(struct btree *b, struct bkey *l, struct bkey *r)
 246 {
 247         unsigned i;
 248
 249         if (key_merging_disabled(b->c))
 250                 return false;
 251
 252         if (KEY_PTRS(l) != KEY_PTRS(r) ||
 253             KEY_DIRTY(l) != KEY_DIRTY(r) ||
 254             bkey_cmp(l, &START_KEY(r)))
 255                 return false;
 256
 257         for (i = 0; i < KEY_PTRS(l); i++)
 258                 if (l->ptr[i] + PTR(0, KEY_SIZE(l), 0) != r->ptr[i] ||
 259                     PTR_BUCKET_NR(b->c, l, i) != PTR_BUCKET_NR(b->c, r, i))
 260                         return false;
 261
 262         /* Keys with no pointers aren't restricted to one bucket and could
 263          * overflow KEY_SIZE
 264          */
 265         if (KEY_SIZE(l) + KEY_SIZE(r) > USHRT_MAX) {
 266                 SET_KEY_OFFSET(l, KEY_OFFSET(l) + USHRT_MAX - KEY_SIZE(l));
 267                 SET_KEY_SIZE(l, USHRT_MAX);
 268
 269                 bch_cut_front(l, r);
 270                 return false;
 271         }
 272
 273         if (KEY_CSUM(l)) {
 274                 if (KEY_CSUM(r))
 275                         l->ptr[KEY_PTRS(l)] = merge_chksums(l, r);
 276                 else
 277                         SET_KEY_CSUM(l, 0);
 278         }
 279
 280         SET_KEY_OFFSET(l, KEY_OFFSET(l) + KEY_SIZE(r));
 281         SET_KEY_SIZE(l, KEY_SIZE(l) + KEY_SIZE(r));
 282
 283         return true;
 284 }
 285
 286 /* Binary tree stuff for auxiliary search trees */
 287
 288 static unsigned inorder_next(unsigned j, unsigned size)
 289 {
 290         if (j * 2 + 1 < size) {
 291                 j = j * 2 + 1;
 292
 293                 while (j * 2 < size)
 294                         j *= 2;
 295         } else
 296                 j >>= ffz(j) + 1;
 297
 298         return j;
 299 }
 300
 301 static unsigned inorder_prev(unsigned j, unsigned size)
 302 {
 303         if (j * 2 < size) {
 304                 j = j * 2;
 305
 306                 while (j * 2 + 1 < size)
 307                         j = j * 2 + 1;
 308         } else
 309                 j >>= ffs(j);
 310
 311         return j;
 312 }
 313
 314 /* I have no idea why this code works... and I'm the one who wrote it
 315  *
 316  * However, I do know what it does:
 317  * Given a binary tree constructed in an array (i.e. how you normally implement
 318  * a heap), it converts a node in the tree - referenced by array index - to the
 319  * index it would have if you did an inorder traversal.
 320  *
 321  * Also tested for every j, size up to size somewhere around 6 million.
 322  *
 323  * The binary tree starts at array index 1, not 0
 324  * extra is a function of size:
 325  *   extra = (size - rounddown_pow_of_two(size - 1)) << 1;
 326  */
 327 static unsigned __to_inorder(unsigned j, unsigned size, unsigned extra)
 328 {
 329         unsigned b = fls(j);
 330         unsigned shift = fls(size - 1) - b;
 331
 332         j  ^= 1U << (b - 1);
 333         j <<= 1;
 334         j  |= 1;
 335         j <<= shift;
 336
 337         if (j > extra)
 338                 j -= (j - extra) >> 1;
 339
 340         return j;
 341 }
 342
 343 static unsigned to_inorder(unsigned j, struct bset_tree *t)
 344 {
 345         return __to_inorder(j, t->size, t->extra);
 346 }
 347
 348 static unsigned __inorder_to_tree(unsigned j, unsigned size, unsigned extra)
 349 {
 350         unsigned shift;
 351
 352         if (j > extra)
 353                 j += j - extra;
 354
 355         shift = ffs(j);
 356
 357         j >>= shift;
 358         j  |= roundup_pow_of_two(size) >> shift;
 359
 360         return j;
 361 }
 362
 363 static unsigned inorder_to_tree(unsigned j, struct bset_tree *t)
 364 {
 365         return __inorder_to_tree(j, t->size, t->extra);
 366 }
 367
 368 #if 0
 369 void inorder_test(void)
 370 {
 371         unsigned long done = 0;
 372         ktime_t start = ktime_get();
 373
 374         for (unsigned size = 2;
 375              size < 65536000;
 376              size++) {
 377                 unsigned extra = (size - rounddown_pow_of_two(size - 1)) << 1;
 378                 unsigned i = 1, j = rounddown_pow_of_two(size - 1);
 379
 380                 if (!(size % 4096))
 381                         printk(KERN_NOTICE "loop %u, %llu per us\n", size,
 382                                done / ktime_us_delta(ktime_get(), start));
 383
 384                 while (1) {
 385                         if (__inorder_to_tree(i, size, extra) != j)
 386                                 panic("size %10u j %10u i %10u", size, j, i);
 387
 388                         if (__to_inorder(j, size, extra) != i)
 389                                 panic("size %10u j %10u i %10u", size, j, i);
 390
 391                         if (j == rounddown_pow_of_two(size) - 1)
 392                                 break;
 393
 394                         BUG_ON(inorder_prev(inorder_next(j, size), size) != j);
 395
 396                         j = inorder_next(j, size);
 397                         i++;
 398                 }
 399
 400                 done += size - 1;
 401         }
 402 }
 403 #endif
 404
 405 /*
 406  * Cacheline/offset <-> bkey pointer arithmetic:
 407  *
 408  * t->tree is a binary search tree in an array; each node corresponds to a key
 409  * in one cacheline in t->set (BSET_CACHELINE bytes).
 410  *
 411  * This means we don't have to store the full index of the key that a node in
 412  * the binary tree points to; to_inorder() gives us the cacheline, and then
 413  * bkey_float->m gives us the offset within that cacheline, in units of 8 bytes.
 414  *
 415  * cacheline_to_bkey() and friends abstract out all the pointer arithmetic to
 416  * make this work.
 417  *
 418  * To construct the bfloat for an arbitrary key we need to know what the key
 419  * immediately preceding it is: we have to check if the two keys differ in the
 420  * bits we're going to store in bkey_float->mantissa. t->prev[j] stores the size
 421  * of the previous key so we can walk backwards to it from t->tree[j]'s key.
 422  */
 423
 424 static struct bkey *cacheline_to_bkey(struct bset_tree *t, unsigned cacheline,
 425                                       unsigned offset)
 426 {
 427         return ((void *) t->data) + cacheline * BSET_CACHELINE + offset * 8;
 428 }
 429
 430 static unsigned bkey_to_cacheline(struct bset_tree *t, struct bkey *k)
 431 {
 432         return ((void *) k - (void *) t->data) / BSET_CACHELINE;
 433 }
 434
 435 static unsigned bkey_to_cacheline_offset(struct bkey *k)
 436 {
 437         return ((size_t) k & (BSET_CACHELINE - 1)) / sizeof(uint64_t);
 438 }
 439
 440 static struct bkey *tree_to_bkey(struct bset_tree *t, unsigned j)
 441 {
 442         return cacheline_to_bkey(t, to_inorder(j, t), t->tree[j].m);
 443 }
 444
 445 static struct bkey *tree_to_prev_bkey(struct bset_tree *t, unsigned j)
 446 {
 447         return (void *) (((uint64_t *) tree_to_bkey(t, j)) - t->prev[j]);
 448 }
 449
 450 /*
 451  * For the write set - the one we're currently inserting keys into - we don't
 452  * maintain a full search tree, we just keep a simple lookup table in t->prev.
 453  */
 454 static struct bkey *table_to_bkey(struct bset_tree *t, unsigned cacheline)
 455 {
 456         return cacheline_to_bkey(t, cacheline, t->prev[cacheline]);
 457 }
 458
 459 static inline uint64_t shrd128(uint64_t high, uint64_t low, uint8_t shift)
 460 {
 461 #ifdef CONFIG_X86_64
 462         asm("shrd %[shift],%[high],%[low]"
 463             : [low] "+Rm" (low)
 464             : [high] "R" (high),
 465             [shift] "ci" (shift)
 466             : "cc");
 467 #else
 468         low >>= shift;
 469         low  |= (high << 1) << (63U - shift);
 470 #endif
 471         return low;
 472 }
 473
 474 static inline unsigned bfloat_mantissa(const struct bkey *k,
 475                                        struct bkey_float *f)
 476 {
 477         const uint64_t *p = &k->low - (f->exponent >> 6);
 478         return shrd128(p[-1], p[0], f->exponent & 63) & BKEY_MANTISSA_MASK;
 479 }
 480
 481 static void make_bfloat(struct bset_tree *t, unsigned j)
 482 {
 483         struct bkey_float *f = &t->tree[j];
 484         struct bkey *m = tree_to_bkey(t, j);
 485         struct bkey *p = tree_to_prev_bkey(t, j);
 486
 487         struct bkey *l = is_power_of_2(j)
 488                 ? t->data->start
 489                 : tree_to_prev_bkey(t, j >> ffs(j));
 490
 491         struct bkey *r = is_power_of_2(j + 1)
 492                 ? node(t->data, t->data->keys - bkey_u64s(&t->end))
 493                 : tree_to_bkey(t, j >> (ffz(j) + 1));
 494
 495         BUG_ON(m < l || m > r);
 496         BUG_ON(bkey_next(p) != m);
 497
 498         if (KEY_INODE(l) != KEY_INODE(r))
 499                 f->exponent = fls64(KEY_INODE(r) ^ KEY_INODE(l)) + 64;
 500         else
 501                 f->exponent = fls64(r->low ^ l->low);
 502
 503         f->exponent = max_t(int, f->exponent - BKEY_MANTISSA_BITS, 0);
 504
 505         /*
 506          * Setting f->exponent = 127 flags this node as failed, and causes the
 507          * lookup code to fall back to comparing against the original key.
 508          */
 509
 510         if (bfloat_mantissa(m, f) != bfloat_mantissa(p, f))
 511                 f->mantissa = bfloat_mantissa(m, f) - 1;
 512         else
 513                 f->exponent = 127;
 514 }
 515
 516 static void bset_alloc_tree(struct btree *b, struct bset_tree *t)
 517 {
 518         if (t != b->sets) {
 519                 unsigned j = roundup(t[-1].size,
 520                                      64 / sizeof(struct bkey_float));
 521
 522                 t->tree = t[-1].tree + j;
 523                 t->prev = t[-1].prev + j;
 524         }
 525
 526         while (t < b->sets + MAX_BSETS)
 527                 t++->size = 0;
 528 }
 529
 530 static void bset_build_unwritten_tree(struct btree *b)
 531 {
 532         struct bset_tree *t = b->sets + b->nsets;
 533
 534         bset_alloc_tree(b, t);
 535
 536         if (t->tree != b->sets->tree + bset_tree_space(b)) {
 537                 t->prev[0] = bkey_to_cacheline_offset(t->data->start);
 538                 t->size = 1;
 539         }
 540 }
 541
 542 static void bset_build_written_tree(struct btree *b)
 543 {
 544         struct bset_tree *t = b->sets + b->nsets;
 545         struct bkey *k = t->data->start;
 546         unsigned j, cacheline = 1;
 547
 548         bset_alloc_tree(b, t);
 549
 550         t->size = min_t(unsigned,
 551                         bkey_to_cacheline(t, end(t->data)),
 552                         b->sets->tree + bset_tree_space(b) - t->tree);
 553
 554         if (t->size < 2) {
 555                 t->size = 0;
 556                 return;
 557         }
 558
 559         t->extra = (t->size - rounddown_pow_of_two(t->size - 1)) << 1;
 560
 561         /* First we figure out where the first key in each cacheline is */
 562         for (j = inorder_next(0, t->size);
 563              j;
 564              j = inorder_next(j, t->size)) {
 565                 while (bkey_to_cacheline(t, k) != cacheline)
 566                         k = bkey_next(k);
 567
 568                 t->prev[j] = bkey_u64s(k);
 569                 k = bkey_next(k);
 570                 cacheline++;
 571                 t->tree[j].m = bkey_to_cacheline_offset(k);
 572         }
 573
 574         while (bkey_next(k) != end(t->data))
 575                 k = bkey_next(k);
 576
 577         t->end = *k;
 578
 579         /* Then we build the tree */
 580         for (j = inorder_next(0, t->size);
 581              j;
 582              j = inorder_next(j, t->size))
 583                 make_bfloat(t, j);
 584 }
 585
 586 void bch_bset_fix_invalidated_key(struct btree *b, struct bkey *k)
 587 {
 588         struct bset_tree *t;
 589         unsigned inorder, j = 1;
 590
 591         for (t = b->sets; t <= &b->sets[b->nsets]; t++)
 592                 if (k < end(t->data))
 593                         goto found_set;
 594
 595         BUG();
 596 found_set:
 597         if (!t->size || !bset_written(b, t))
 598                 return;
 599
 600         inorder = bkey_to_cacheline(t, k);
 601
 602         if (k == t->data->start)
 603                 goto fix_left;
 604
 605         if (bkey_next(k) == end(t->data)) {
 606                 t->end = *k;
 607                 goto fix_right;
 608         }
 609
 610         j = inorder_to_tree(inorder, t);
 611
 612         if (j &&
 613             j < t->size &&
 614             k == tree_to_bkey(t, j))
 615 fix_left:       do {
 616                         make_bfloat(t, j);
 617                         j = j * 2;
 618                 } while (j < t->size);
 619
 620         j = inorder_to_tree(inorder + 1, t);
 621
 622         if (j &&
 623             j < t->size &&
 624             k == tree_to_prev_bkey(t, j))
 625 fix_right:      do {
 626                         make_bfloat(t, j);
 627                         j = j * 2 + 1;
 628                 } while (j < t->size);
 629 }
 630
 631 void bch_bset_fix_lookup_table(struct btree *b, struct bkey *k)
 632 {
 633         struct bset_tree *t = &b->sets[b->nsets];
 634         unsigned shift = bkey_u64s(k);
 635         unsigned j = bkey_to_cacheline(t, k);
 636
 637         /* We're getting called from btree_split() or btree_gc, just bail out */
 638         if (!t->size)
 639                 return;
 640
 641         /* k is the key we just inserted; we need to find the entry in the
 642          * lookup table for the first key that is strictly greater than k:
 643          * it's either k's cacheline or the next one
 644          */
 645         if (j < t->size &&
 646             table_to_bkey(t, j) <= k)
 647                 j++;
 648
 649         /* Adjust all the lookup table entries, and find a new key for any that
 650          * have gotten too big
 651          */
 652         for (; j < t->size; j++) {
 653                 t->prev[j] += shift;
 654
 655                 if (t->prev[j] > 7) {
 656                         k = table_to_bkey(t, j - 1);
 657
 658                         while (k < cacheline_to_bkey(t, j, 0))
 659                                 k = bkey_next(k);
 660
 661                         t->prev[j] = bkey_to_cacheline_offset(k);
 662                 }
 663         }
 664
 665         if (t->size == b->sets->tree + bset_tree_space(b) - t->tree)
 666                 return;
 667
 668         /* Possibly add a new entry to the end of the lookup table */
 669
 670         for (k = table_to_bkey(t, t->size - 1);
 671              k != end(t->data);
 672              k = bkey_next(k))
 673                 if (t->size == bkey_to_cacheline(t, k)) {
 674                         t->prev[t->size] = bkey_to_cacheline_offset(k);
 675                         t->size++;
 676                 }
 677 }
 678
 679 void bch_bset_init_next(struct btree *b)
 680 {
 681         struct bset *i = write_block(b);
 682
 683         if (i != b->sets[0].data) {
 684                 b->sets[++b->nsets].data = i;
 685                 i->seq = b->sets[0].data->seq;
 686         } else
 687                 get_random_bytes(&i->seq, sizeof(uint64_t));
 688
 689         i->magic        = bset_magic(b->c);
 690         i->version      = 0;
 691         i->keys         = 0;
 692
 693         bset_build_unwritten_tree(b);
 694 }
 695
 696 struct bset_search_iter {
 697         struct bkey *l, *r;
 698 };
 699
 700 static struct bset_search_iter bset_search_write_set(struct btree *b,
 701                                                      struct bset_tree *t,
 702                                                      const struct bkey *search)
 703 {
 704         unsigned li = 0, ri = t->size;
 705
 706         BUG_ON(!b->nsets &&
 707                t->size < bkey_to_cacheline(t, end(t->data)));
 708
 709         while (li + 1 != ri) {
 710                 unsigned m = (li + ri) >> 1;
 711
 712                 if (bkey_cmp(table_to_bkey(t, m), search) > 0)
 713                         ri = m;
 714                 else
 715                         li = m;
 716         }
 717
 718         return (struct bset_search_iter) {
 719                 table_to_bkey(t, li),
 720                 ri < t->size ? table_to_bkey(t, ri) : end(t->data)
 721         };
 722 }
 723
 724 static struct bset_search_iter bset_search_tree(struct btree *b,
 725                                                 struct bset_tree *t,
 726                                                 const struct bkey *search)
 727 {
 728         struct bkey *l, *r;
 729         struct bkey_float *f;
 730         unsigned inorder, j, n = 1;
 731
 732         do {
 733                 unsigned p = n << 4;
 734                 p &= ((int) (p - t->size)) >> 31;
 735
 736                 prefetch(&t->tree[p]);
 737
 738                 j = n;
 739                 f = &t->tree[j];
 740
 741                 /*
 742                  * n = (f->mantissa > bfloat_mantissa())
 743                  *      ? j * 2
 744                  *      : j * 2 + 1;
 745                  *
 746                  * We need to subtract 1 from f->mantissa for the sign bit trick
 747                  * to work  - that's done in make_bfloat()
 748                  */
 749                 if (likely(f->exponent != 127))
 750                         n = j * 2 + (((unsigned)
 751                                       (f->mantissa -
 752                                        bfloat_mantissa(search, f))) >> 31);
 753                 else
 754                         n = (bkey_cmp(tree_to_bkey(t, j), search) > 0)
 755                                 ? j * 2
 756                                 : j * 2 + 1;
 757         } while (n < t->size);
 758
 759         inorder = to_inorder(j, t);
 760
 761         /*
 762          * n would have been the node we recursed to - the low bit tells us if
 763          * we recursed left or recursed right.
 764          */
 765         if (n & 1) {
 766                 l = cacheline_to_bkey(t, inorder, f->m);
 767
 768                 if (++inorder != t->size) {
 769                         f = &t->tree[inorder_next(j, t->size)];
 770                         r = cacheline_to_bkey(t, inorder, f->m);
 771                 } else
 772                         r = end(t->data);
 773         } else {
 774                 r = cacheline_to_bkey(t, inorder, f->m);
 775
 776                 if (--inorder) {
 777                         f = &t->tree[inorder_prev(j, t->size)];
 778                         l = cacheline_to_bkey(t, inorder, f->m);
 779                 } else
 780                         l = t->data->start;
 781         }
 782
 783         return (struct bset_search_iter) {l, r};
 784 }
 785
 786 struct bkey *__bch_bset_search(struct btree *b, struct bset_tree *t,
 787                                const struct bkey *search)
 788 {
 789         struct bset_search_iter i;
 790
 791         /*
 792          * First, we search for a cacheline, then lastly we do a linear search
 793          * within that cacheline.
 794          *
 795          * To search for the cacheline, there's three different possibilities:
 796          *  * The set is too small to have a search tree, so we just do a linear
 797          *    search over the whole set.
 798          *  * The set is the one we're currently inserting into; keeping a full
 799          *    auxiliary search tree up to date would be too expensive, so we
 800          *    use a much simpler lookup table to do a binary search -
 801          *    bset_search_write_set().
 802          *  * Or we use the auxiliary search tree we constructed earlier -
 803          *    bset_search_tree()
 804          */
 805
 806         if (unlikely(!t->size)) {
 807                 i.l = t->data->start;
 808                 i.r = end(t->data);
 809         } else if (bset_written(b, t)) {
 810                 /*
 811                  * Each node in the auxiliary search tree covers a certain range
 812                  * of bits, and keys above and below the set it covers might
 813                  * differ outside those bits - so we have to special case the
 814                  * start and end - handle that here:
 815                  */
 816
 817                 if (unlikely(bkey_cmp(search, &t->end) >= 0))
 818                         return end(t->data);
 819
 820                 if (unlikely(bkey_cmp(search, t->data->start) < 0))
 821                         return t->data->start;
 822
 823                 i = bset_search_tree(b, t, search);
 824         } else
 825                 i = bset_search_write_set(b, t, search);
 826
 827 #ifdef CONFIG_BCACHE_EDEBUG
 828         BUG_ON(bset_written(b, t) &&
 829                i.l != t->data->start &&
 830                bkey_cmp(tree_to_prev_bkey(t,
 831                   inorder_to_tree(bkey_to_cacheline(t, i.l), t)),
 832                         search) > 0);
 833
 834         BUG_ON(i.r != end(t->data) &&
 835                bkey_cmp(i.r, search) <= 0);
 836 #endif
 837
 838         while (likely(i.l != i.r) &&
 839                bkey_cmp(i.l, search) <= 0)
 840                 i.l = bkey_next(i.l);
 841
 842         return i.l;
 843 }
 844
 845 /* Btree iterator */
 846
 847 static inline bool btree_iter_cmp(struct btree_iter_set l,
 848                                   struct btree_iter_set r)
 849 {
 850         int64_t c = bkey_cmp(&START_KEY(l.k), &START_KEY(r.k));
 851
 852         return c ? c > 0 : l.k < r.k;
 853 }
 854
 855 static inline bool btree_iter_end(struct btree_iter *iter)
 856 {
 857         return !iter->used;
 858 }
 859
 860 void bch_btree_iter_push(struct btree_iter *iter, struct bkey *k,
 861                          struct bkey *end)
 862 {
 863         if (k != end)
 864                 BUG_ON(!heap_add(iter,
 865                                  ((struct btree_iter_set) { k, end }),
 866                                  btree_iter_cmp));
 867 }
 868
 869 struct bkey *__bch_btree_iter_init(struct btree *b, struct btree_iter *iter,
 870                                struct bkey *search, struct bset_tree *start)
 871 {
 872         struct bkey *ret = NULL;
 873         iter->size = ARRAY_SIZE(iter->data);
 874         iter->used = 0;
 875
 876         for (; start <= &b->sets[b->nsets]; start++) {
 877                 ret = bch_bset_search(b, start, search);
 878                 bch_btree_iter_push(iter, ret, end(start->data));
 879         }
 880
 881         return ret;
 882 }
 883
 884 struct bkey *bch_btree_iter_next(struct btree_iter *iter)
 885 {
 886         struct btree_iter_set unused;
 887         struct bkey *ret = NULL;
 888
 889         if (!btree_iter_end(iter)) {
 890                 ret = iter->data->k;
 891                 iter->data->k = bkey_next(iter->data->k);
 892
 893                 if (iter->data->k > iter->data->end) {
 894                         WARN_ONCE(1, "bset was corrupt!\n");
 895                         iter->data->k = iter->data->end;
 896                 }
 897
 898                 if (iter->data->k == iter->data->end)
 899                         heap_pop(iter, unused, btree_iter_cmp);
 900                 else
 901                         heap_sift(iter, 0, btree_iter_cmp);
 902         }
 903
 904         return ret;
 905 }
 906
 907 struct bkey *bch_btree_iter_next_filter(struct btree_iter *iter,
 908                                         struct btree *b, ptr_filter_fn fn)
 909 {
 910         struct bkey *ret;
 911
 912         do {
 913                 ret = bch_btree_iter_next(iter);
 914         } while (ret && fn(b, ret));
 915
 916         return ret;
 917 }
 918
 919 struct bkey *bch_next_recurse_key(struct btree *b, struct bkey *search)
 920 {
 921         struct btree_iter iter;
 922
 923         bch_btree_iter_init(b, &iter, search);
 924         return bch_btree_iter_next_filter(&iter, b, bch_ptr_bad);
 925 }
 926
 927 /* Mergesort */
 928
 929 static void btree_sort_fixup(struct btree_iter *iter)
 930 {
 931         while (iter->used > 1) {
 932                 struct btree_iter_set *top = iter->data, *i = top + 1;
 933                 struct bkey *k;
 934
 935                 if (iter->used > 2 &&
 936                     btree_iter_cmp(i[0], i[1]))
 937                         i++;
 938
 939                 for (k = i->k;
 940                      k != i->end && bkey_cmp(top->k, &START_KEY(k)) > 0;
 941                      k = bkey_next(k))
 942                         if (top->k > i->k)
 943                                 __bch_cut_front(top->k, k);
 944                         else if (KEY_SIZE(k))
 945                                 bch_cut_back(&START_KEY(k), top->k);
 946
 947                 if (top->k < i->k || k == i->k)
 948                         break;
 949
 950                 heap_sift(iter, i - top, btree_iter_cmp);
 951         }
 952 }
 953
 954 static void btree_mergesort(struct btree *b, struct bset *out,
 955                             struct btree_iter *iter,
 956                             bool fixup, bool remove_stale)
 957 {
 958         struct bkey *k, *last = NULL;
 959         bool (*bad)(struct btree *, const struct bkey *) = remove_stale
 960                 ? bch_ptr_bad
 961                 : bch_ptr_invalid;
 962
 963         while (!btree_iter_end(iter)) {
 964                 if (fixup && !b->level)
 965                         btree_sort_fixup(iter);
 966
 967                 k = bch_btree_iter_next(iter);
 968                 if (bad(b, k))
 969                         continue;
 970
 971                 if (!last) {
 972                         last = out->start;
 973                         bkey_copy(last, k);
 974                 } else if (b->level ||
 975                            !bch_bkey_try_merge(b, last, k)) {
 976                         last = bkey_next(last);
 977                         bkey_copy(last, k);
 978                 }
 979         }
 980
 981         out->keys = last ? (uint64_t *) bkey_next(last) - out->d : 0;
 982
 983         pr_debug("sorted %i keys", out->keys);
 984         bch_check_key_order(b, out);
 985 }
 986
 987 static void __btree_sort(struct btree *b, struct btree_iter *iter,
 988                          unsigned start, unsigned order, bool fixup)
 989 {
 990         uint64_t start_time;
 991         bool remove_stale = !b->written;
 992         struct bset *out = (void *) __get_free_pages(__GFP_NOWARN|GFP_NOIO,
 993                                                      order);
 994         if (!out) {
 995                 mutex_lock(&b->c->sort_lock);
 996                 out = b->c->sort;
 997                 order = ilog2(bucket_pages(b->c));
 998         }
 999
1000         start_time = local_clock();
1001
1002         btree_mergesort(b, out, iter, fixup, remove_stale);
1003         b->nsets = start;
1004
1005         if (!fixup && !start && b->written)
1006                 bch_btree_verify(b, out);
1007
1008         if (!start && order == b->page_order) {
1009                 /*
1010                  * Our temporary buffer is the same size as the btree node's
1011                  * buffer, we can just swap buffers instead of doing a big
1012                  * memcpy()
1013                  */
1014
1015                 out->magic      = bset_magic(b->c);
1016                 out->seq        = b->sets[0].data->seq;
1017                 out->version    = b->sets[0].data->version;
1018                 swap(out, b->sets[0].data);
1019
1020                 if (b->c->sort == b->sets[0].data)
1021                         b->c->sort = out;
1022         } else {
1023                 b->sets[start].data->keys = out->keys;
1024                 memcpy(b->sets[start].data->start, out->start,
1025                        (void *) end(out) - (void *) out->start);
1026         }
1027
1028         if (out == b->c->sort)
1029                 mutex_unlock(&b->c->sort_lock);
1030         else
1031                 free_pages((unsigned long) out, order);
1032
1033         if (b->written)
1034                 bset_build_written_tree(b);
1035
1036         if (!start) {
1037                 spin_lock(&b->c->sort_time_lock);
1038                 bch_time_stats_update(&b->c->sort_time, start_time);
1039                 spin_unlock(&b->c->sort_time_lock);
1040         }
1041 }
1042
1043 void bch_btree_sort_partial(struct btree *b, unsigned start)
1044 {
1045         size_t oldsize = 0, order = b->page_order, keys = 0;
1046         struct btree_iter iter;
1047         __bch_btree_iter_init(b, &iter, NULL, &b->sets[start]);
1048
1049         BUG_ON(b->sets[b->nsets].data == write_block(b) &&
1050                (b->sets[b->nsets].size || b->nsets));
1051
1052         if (b->written)
1053                 oldsize = bch_count_data(b);
1054
1055         if (start) {
1056                 unsigned i;
1057
1058                 for (i = start; i <= b->nsets; i++)
1059                         keys += b->sets[i].data->keys;
1060
1061                 order = roundup_pow_of_two(__set_bytes(b->sets->data,
1062                                                        keys)) / PAGE_SIZE;
1063                 if (order)
1064                         order = ilog2(order);
1065         }
1066
1067         __btree_sort(b, &iter, start, order, false);
1068
1069         EBUG_ON(b->written && bch_count_data(b) != oldsize);
1070 }
1071
1072 void bch_btree_sort_and_fix_extents(struct btree *b, struct btree_iter *iter)
1073 {
1074         BUG_ON(!b->written);
1075         __btree_sort(b, iter, 0, b->page_order, true);
1076 }
1077
1078 void bch_btree_sort_into(struct btree *b, struct btree *new)
1079 {
1080         uint64_t start_time = local_clock();
1081
1082         struct btree_iter iter;
1083         bch_btree_iter_init(b, &iter, NULL);
1084
1085         btree_mergesort(b, new->sets->data, &iter, false, true);
1086
1087         spin_lock(&b->c->sort_time_lock);
1088         bch_time_stats_update(&b->c->sort_time, start_time);
1089         spin_unlock(&b->c->sort_time_lock);
1090
1091         bkey_copy_key(&new->key, &b->key);
1092         new->sets->size = 0;
1093 }
1094
1095 #define SORT_CRIT       (4096 / sizeof(uint64_t))
1096
1097 void bch_btree_sort_lazy(struct btree *b)
1098 {
1099         unsigned crit = SORT_CRIT;
1100         int i;
1101
1102         /* Don't sort if nothing to do */
1103         if (!b->nsets)
1104                 goto out;
1105
1106         /* If not a leaf node, always sort */
1107         if (b->level) {
1108                 bch_btree_sort(b);
1109                 return;
1110         }
1111
1112         for (i = b->nsets - 1; i >= 0; --i) {
1113                 crit *= b->c->sort_crit_factor;
1114
1115                 if (b->sets[i].data->keys < crit) {
1116                         bch_btree_sort_partial(b, i);
1117                         return;
1118                 }
1119         }
1120
1121         /* Sort if we'd overflow */
1122         if (b->nsets + 1 == MAX_BSETS) {
1123                 bch_btree_sort(b);
1124                 return;
1125         }
1126
1127 out:
1128         bset_build_written_tree(b);
1129 }
1130
1131 /* Sysfs stuff */
1132
1133 struct bset_stats {
1134         size_t nodes;
1135         size_t sets_written, sets_unwritten;
1136         size_t bytes_written, bytes_unwritten;
1137         size_t floats, failed;
1138 };
1139
1140 static int bch_btree_bset_stats(struct btree *b, struct btree_op *op,
1141                             struct bset_stats *stats)
1142 {
1143         struct bkey *k;
1144         unsigned i;
1145
1146         stats->nodes++;
1147
1148         for (i = 0; i <= b->nsets; i++) {
1149                 struct bset_tree *t = &b->sets[i];
1150                 size_t bytes = t->data->keys * sizeof(uint64_t);
1151                 size_t j;
1152
1153                 if (bset_written(b, t)) {
1154                         stats->sets_written++;
1155                         stats->bytes_written += bytes;
1156
1157                         stats->floats += t->size - 1;
1158
1159                         for (j = 1; j < t->size; j++)
1160                                 if (t->tree[j].exponent == 127)
1161                                         stats->failed++;
1162                 } else {
1163                         stats->sets_unwritten++;
1164                         stats->bytes_unwritten += bytes;
1165                 }
1166         }
1167
1168         if (b->level) {
1169                 struct btree_iter iter;
1170
1171                 for_each_key_filter(b, k, &iter, bch_ptr_bad) {
1172                         int ret = btree(bset_stats, k, b, op, stats);
1173                         if (ret)
1174                                 return ret;
1175                 }
1176         }
1177
1178         return 0;
1179 }
1180
1181 int bch_bset_print_stats(struct cache_set *c, char *buf)
1182 {
1183         struct btree_op op;
1184         struct bset_stats t;
1185         int ret;
1186
1187         bch_btree_op_init_stack(&op);
1188         memset(&t, 0, sizeof(struct bset_stats));
1189
1190         ret = btree_root(bset_stats, c, &op, &t);
1191         if (ret)
1192                 return ret;
1193
1194         return snprintf(buf, PAGE_SIZE,
1195                         "btree nodes:           %zu\n"
1196                         "written sets:          %zu\n"
1197                         "unwritten sets:                %zu\n"
1198                         "written key bytes:     %zu\n"
1199                         "unwritten key bytes:   %zu\n"
1200                         "floats:                        %zu\n"
1201                         "failed:                        %zu\n",
1202                         t.nodes,
1203                         t.sets_written, t.sets_unwritten,
1204                         t.bytes_written, t.bytes_unwritten,
1205                         t.floats, t.failed);
1206 }