Merge remote-tracking branches 'regulator/fix/88pm800', 'regulator/fix/max8973',...
[linux-drm-fsl-dcu.git] / Documentation / device-mapper / thin-provisioning.txt
1 Introduction
2 ============
3
4 This document describes a collection of device-mapper targets that
5 between them implement thin-provisioning and snapshots.
6
7 The main highlight of this implementation, compared to the previous
8 implementation of snapshots, is that it allows many virtual devices to
9 be stored on the same data volume.  This simplifies administration and
10 allows the sharing of data between volumes, thus reducing disk usage.
11
12 Another significant feature is support for an arbitrary depth of
13 recursive snapshots (snapshots of snapshots of snapshots ...).  The
14 previous implementation of snapshots did this by chaining together
15 lookup tables, and so performance was O(depth).  This new
16 implementation uses a single data structure to avoid this degradation
17 with depth.  Fragmentation may still be an issue, however, in some
18 scenarios.
19
20 Metadata is stored on a separate device from data, giving the
21 administrator some freedom, for example to:
22
23 - Improve metadata resilience by storing metadata on a mirrored volume
24   but data on a non-mirrored one.
25
26 - Improve performance by storing the metadata on SSD.
27
28 Status
29 ======
30
31 These targets are very much still in the EXPERIMENTAL state.  Please
32 do not yet rely on them in production.  But do experiment and offer us
33 feedback.  Different use cases will have different performance
34 characteristics, for example due to fragmentation of the data volume.
35
36 If you find this software is not performing as expected please mail
37 dm-devel@redhat.com with details and we'll try our best to improve
38 things for you.
39
40 Userspace tools for checking and repairing the metadata are under
41 development.
42
43 Cookbook
44 ========
45
46 This section describes some quick recipes for using thin provisioning.
47 They use the dmsetup program to control the device-mapper driver
48 directly.  End users will be advised to use a higher-level volume
49 manager such as LVM2 once support has been added.
50
51 Pool device
52 -----------
53
54 The pool device ties together the metadata volume and the data volume.
55 It maps I/O linearly to the data volume and updates the metadata via
56 two mechanisms:
57
58 - Function calls from the thin targets
59
60 - Device-mapper 'messages' from userspace which control the creation of new
61   virtual devices amongst other things.
62
63 Setting up a fresh pool device
64 ------------------------------
65
66 Setting up a pool device requires a valid metadata device, and a
67 data device.  If you do not have an existing metadata device you can
68 make one by zeroing the first 4k to indicate empty metadata.
69
70     dd if=/dev/zero of=$metadata_dev bs=4096 count=1
71
72 The amount of metadata you need will vary according to how many blocks
73 are shared between thin devices (i.e. through snapshots).  If you have
74 less sharing than average you'll need a larger-than-average metadata device.
75
76 As a guide, we suggest you calculate the number of bytes to use in the
77 metadata device as 48 * $data_dev_size / $data_block_size but round it up
78 to 2MB if the answer is smaller.  If you're creating large numbers of
79 snapshots which are recording large amounts of change, you may find you
80 need to increase this.
81
82 The largest size supported is 16GB: If the device is larger,
83 a warning will be issued and the excess space will not be used.
84
85 Reloading a pool table
86 ----------------------
87
88 You may reload a pool's table, indeed this is how the pool is resized
89 if it runs out of space.  (N.B. While specifying a different metadata
90 device when reloading is not forbidden at the moment, things will go
91 wrong if it does not route I/O to exactly the same on-disk location as
92 previously.)
93
94 Using an existing pool device
95 -----------------------------
96
97     dmsetup create pool \
98         --table "0 20971520 thin-pool $metadata_dev $data_dev \
99                  $data_block_size $low_water_mark"
100
101 $data_block_size gives the smallest unit of disk space that can be
102 allocated at a time expressed in units of 512-byte sectors.
103 $data_block_size must be between 128 (64KB) and 2097152 (1GB) and a
104 multiple of 128 (64KB).  $data_block_size cannot be changed after the
105 thin-pool is created.  People primarily interested in thin provisioning
106 may want to use a value such as 1024 (512KB).  People doing lots of
107 snapshotting may want a smaller value such as 128 (64KB).  If you are
108 not zeroing newly-allocated data, a larger $data_block_size in the
109 region of 256000 (128MB) is suggested.
110
111 $low_water_mark is expressed in blocks of size $data_block_size.  If
112 free space on the data device drops below this level then a dm event
113 will be triggered which a userspace daemon should catch allowing it to
114 extend the pool device.  Only one such event will be sent.
115 Resuming a device with a new table itself triggers an event so the
116 userspace daemon can use this to detect a situation where a new table
117 already exceeds the threshold.
118
119 A low water mark for the metadata device is maintained in the kernel and
120 will trigger a dm event if free space on the metadata device drops below
121 it.
122
123 Updating on-disk metadata
124 -------------------------
125
126 On-disk metadata is committed every time a FLUSH or FUA bio is written.
127 If no such requests are made then commits will occur every second.  This
128 means the thin-provisioning target behaves like a physical disk that has
129 a volatile write cache.  If power is lost you may lose some recent
130 writes.  The metadata should always be consistent in spite of any crash.
131
132 If data space is exhausted the pool will either error or queue IO
133 according to the configuration (see: error_if_no_space).  If metadata
134 space is exhausted or a metadata operation fails: the pool will error IO
135 until the pool is taken offline and repair is performed to 1) fix any
136 potential inconsistencies and 2) clear the flag that imposes repair.
137 Once the pool's metadata device is repaired it may be resized, which
138 will allow the pool to return to normal operation.  Note that if a pool
139 is flagged as needing repair, the pool's data and metadata devices
140 cannot be resized until repair is performed.  It should also be noted
141 that when the pool's metadata space is exhausted the current metadata
142 transaction is aborted.  Given that the pool will cache IO whose
143 completion may have already been acknowledged to upper IO layers
144 (e.g. filesystem) it is strongly suggested that consistency checks
145 (e.g. fsck) be performed on those layers when repair of the pool is
146 required.
147
148 Thin provisioning
149 -----------------
150
151 i) Creating a new thinly-provisioned volume.
152
153   To create a new thinly- provisioned volume you must send a message to an
154   active pool device, /dev/mapper/pool in this example.
155
156     dmsetup message /dev/mapper/pool 0 "create_thin 0"
157
158   Here '0' is an identifier for the volume, a 24-bit number.  It's up
159   to the caller to allocate and manage these identifiers.  If the
160   identifier is already in use, the message will fail with -EEXIST.
161
162 ii) Using a thinly-provisioned volume.
163
164   Thinly-provisioned volumes are activated using the 'thin' target:
165
166     dmsetup create thin --table "0 2097152 thin /dev/mapper/pool 0"
167
168   The last parameter is the identifier for the thinp device.
169
170 Internal snapshots
171 ------------------
172
173 i) Creating an internal snapshot.
174
175   Snapshots are created with another message to the pool.
176
177   N.B.  If the origin device that you wish to snapshot is active, you
178   must suspend it before creating the snapshot to avoid corruption.
179   This is NOT enforced at the moment, so please be careful!
180
181     dmsetup suspend /dev/mapper/thin
182     dmsetup message /dev/mapper/pool 0 "create_snap 1 0"
183     dmsetup resume /dev/mapper/thin
184
185   Here '1' is the identifier for the volume, a 24-bit number.  '0' is the
186   identifier for the origin device.
187
188 ii) Using an internal snapshot.
189
190   Once created, the user doesn't have to worry about any connection
191   between the origin and the snapshot.  Indeed the snapshot is no
192   different from any other thinly-provisioned device and can be
193   snapshotted itself via the same method.  It's perfectly legal to
194   have only one of them active, and there's no ordering requirement on
195   activating or removing them both.  (This differs from conventional
196   device-mapper snapshots.)
197
198   Activate it exactly the same way as any other thinly-provisioned volume:
199
200     dmsetup create snap --table "0 2097152 thin /dev/mapper/pool 1"
201
202 External snapshots
203 ------------------
204
205 You can use an external _read only_ device as an origin for a
206 thinly-provisioned volume.  Any read to an unprovisioned area of the
207 thin device will be passed through to the origin.  Writes trigger
208 the allocation of new blocks as usual.
209
210 One use case for this is VM hosts that want to run guests on
211 thinly-provisioned volumes but have the base image on another device
212 (possibly shared between many VMs).
213
214 You must not write to the origin device if you use this technique!
215 Of course, you may write to the thin device and take internal snapshots
216 of the thin volume.
217
218 i) Creating a snapshot of an external device
219
220   This is the same as creating a thin device.
221   You don't mention the origin at this stage.
222
223     dmsetup message /dev/mapper/pool 0 "create_thin 0"
224
225 ii) Using a snapshot of an external device.
226
227   Append an extra parameter to the thin target specifying the origin:
228
229     dmsetup create snap --table "0 2097152 thin /dev/mapper/pool 0 /dev/image"
230
231   N.B. All descendants (internal snapshots) of this snapshot require the
232   same extra origin parameter.
233
234 Deactivation
235 ------------
236
237 All devices using a pool must be deactivated before the pool itself
238 can be.
239
240     dmsetup remove thin
241     dmsetup remove snap
242     dmsetup remove pool
243
244 Reference
245 =========
246
247 'thin-pool' target
248 ------------------
249
250 i) Constructor
251
252     thin-pool <metadata dev> <data dev> <data block size (sectors)> \
253               <low water mark (blocks)> [<number of feature args> [<arg>]*]
254
255     Optional feature arguments:
256
257       skip_block_zeroing: Skip the zeroing of newly-provisioned blocks.
258
259       ignore_discard: Disable discard support.
260
261       no_discard_passdown: Don't pass discards down to the underlying
262                            data device, but just remove the mapping.
263
264       read_only: Don't allow any changes to be made to the pool
265                  metadata.
266
267       error_if_no_space: Error IOs, instead of queueing, if no space.
268
269     Data block size must be between 64KB (128 sectors) and 1GB
270     (2097152 sectors) inclusive.
271
272
273 ii) Status
274
275     <transaction id> <used metadata blocks>/<total metadata blocks>
276     <used data blocks>/<total data blocks> <held metadata root>
277     [no_]discard_passdown ro|rw
278
279     transaction id:
280         A 64-bit number used by userspace to help synchronise with metadata
281         from volume managers.
282
283     used data blocks / total data blocks
284         If the number of free blocks drops below the pool's low water mark a
285         dm event will be sent to userspace.  This event is edge-triggered and
286         it will occur only once after each resume so volume manager writers
287         should register for the event and then check the target's status.
288
289     held metadata root:
290         The location, in blocks, of the metadata root that has been
291         'held' for userspace read access.  '-' indicates there is no
292         held root.
293
294     discard_passdown|no_discard_passdown
295         Whether or not discards are actually being passed down to the
296         underlying device.  When this is enabled when loading the table,
297         it can get disabled if the underlying device doesn't support it.
298
299     ro|rw|out_of_data_space
300         If the pool encounters certain types of device failures it will
301         drop into a read-only metadata mode in which no changes to
302         the pool metadata (like allocating new blocks) are permitted.
303
304         In serious cases where even a read-only mode is deemed unsafe
305         no further I/O will be permitted and the status will just
306         contain the string 'Fail'.  The userspace recovery tools
307         should then be used.
308
309     error_if_no_space|queue_if_no_space
310         If the pool runs out of data or metadata space, the pool will
311         either queue or error the IO destined to the data device.  The
312         default is to queue the IO until more space is added or the
313         'no_space_timeout' expires.  The 'no_space_timeout' dm-thin-pool
314         module parameter can be used to change this timeout -- it
315         defaults to 60 seconds but may be disabled using a value of 0.
316
317     needs_check
318         A metadata operation has failed, resulting in the needs_check
319         flag being set in the metadata's superblock.  The metadata
320         device must be deactivated and checked/repaired before the
321         thin-pool can be made fully operational again.  '-' indicates
322         needs_check is not set.
323
324 iii) Messages
325
326     create_thin <dev id>
327
328         Create a new thinly-provisioned device.
329         <dev id> is an arbitrary unique 24-bit identifier chosen by
330         the caller.
331
332     create_snap <dev id> <origin id>
333
334         Create a new snapshot of another thinly-provisioned device.
335         <dev id> is an arbitrary unique 24-bit identifier chosen by
336         the caller.
337         <origin id> is the identifier of the thinly-provisioned device
338         of which the new device will be a snapshot.
339
340     delete <dev id>
341
342         Deletes a thin device.  Irreversible.
343
344     set_transaction_id <current id> <new id>
345
346         Userland volume managers, such as LVM, need a way to
347         synchronise their external metadata with the internal metadata of the
348         pool target.  The thin-pool target offers to store an
349         arbitrary 64-bit transaction id and return it on the target's
350         status line.  To avoid races you must provide what you think
351         the current transaction id is when you change it with this
352         compare-and-swap message.
353
354     reserve_metadata_snap
355
356         Reserve a copy of the data mapping btree for use by userland.
357         This allows userland to inspect the mappings as they were when
358         this message was executed.  Use the pool's status command to
359         get the root block associated with the metadata snapshot.
360
361     release_metadata_snap
362
363         Release a previously reserved copy of the data mapping btree.
364
365 'thin' target
366 -------------
367
368 i) Constructor
369
370     thin <pool dev> <dev id> [<external origin dev>]
371
372     pool dev:
373         the thin-pool device, e.g. /dev/mapper/my_pool or 253:0
374
375     dev id:
376         the internal device identifier of the device to be
377         activated.
378
379     external origin dev:
380         an optional block device outside the pool to be treated as a
381         read-only snapshot origin: reads to unprovisioned areas of the
382         thin target will be mapped to this device.
383
384 The pool doesn't store any size against the thin devices.  If you
385 load a thin target that is smaller than you've been using previously,
386 then you'll have no access to blocks mapped beyond the end.  If you
387 load a target that is bigger than before, then extra blocks will be
388 provisioned as and when needed.
389
390 ii) Status
391
392      <nr mapped sectors> <highest mapped sector>
393
394         If the pool has encountered device errors and failed, the status
395         will just contain the string 'Fail'.  The userspace recovery
396         tools should then be used.