Merge branch 'master' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/linville/wirel...
[linux-drm-fsl-dcu.git] / drivers / md / bcache / bcache.h
1 #ifndef _BCACHE_H
2 #define _BCACHE_H
3
4 /*
5  * SOME HIGH LEVEL CODE DOCUMENTATION:
6  *
7  * Bcache mostly works with cache sets, cache devices, and backing devices.
8  *
9  * Support for multiple cache devices hasn't quite been finished off yet, but
10  * it's about 95% plumbed through. A cache set and its cache devices is sort of
11  * like a md raid array and its component devices. Most of the code doesn't care
12  * about individual cache devices, the main abstraction is the cache set.
13  *
14  * Multiple cache devices is intended to give us the ability to mirror dirty
15  * cached data and metadata, without mirroring clean cached data.
16  *
17  * Backing devices are different, in that they have a lifetime independent of a
18  * cache set. When you register a newly formatted backing device it'll come up
19  * in passthrough mode, and then you can attach and detach a backing device from
20  * a cache set at runtime - while it's mounted and in use. Detaching implicitly
21  * invalidates any cached data for that backing device.
22  *
23  * A cache set can have multiple (many) backing devices attached to it.
24  *
25  * There's also flash only volumes - this is the reason for the distinction
26  * between struct cached_dev and struct bcache_device. A flash only volume
27  * works much like a bcache device that has a backing device, except the
28  * "cached" data is always dirty. The end result is that we get thin
29  * provisioning with very little additional code.
30  *
31  * Flash only volumes work but they're not production ready because the moving
32  * garbage collector needs more work. More on that later.
33  *
34  * BUCKETS/ALLOCATION:
35  *
36  * Bcache is primarily designed for caching, which means that in normal
37  * operation all of our available space will be allocated. Thus, we need an
38  * efficient way of deleting things from the cache so we can write new things to
39  * it.
40  *
41  * To do this, we first divide the cache device up into buckets. A bucket is the
42  * unit of allocation; they're typically around 1 mb - anywhere from 128k to 2M+
43  * works efficiently.
44  *
45  * Each bucket has a 16 bit priority, and an 8 bit generation associated with
46  * it. The gens and priorities for all the buckets are stored contiguously and
47  * packed on disk (in a linked list of buckets - aside from the superblock, all
48  * of bcache's metadata is stored in buckets).
49  *
50  * The priority is used to implement an LRU. We reset a bucket's priority when
51  * we allocate it or on cache it, and every so often we decrement the priority
52  * of each bucket. It could be used to implement something more sophisticated,
53  * if anyone ever gets around to it.
54  *
55  * The generation is used for invalidating buckets. Each pointer also has an 8
56  * bit generation embedded in it; for a pointer to be considered valid, its gen
57  * must match the gen of the bucket it points into.  Thus, to reuse a bucket all
58  * we have to do is increment its gen (and write its new gen to disk; we batch
59  * this up).
60  *
61  * Bcache is entirely COW - we never write twice to a bucket, even buckets that
62  * contain metadata (including btree nodes).
63  *
64  * THE BTREE:
65  *
66  * Bcache is in large part design around the btree.
67  *
68  * At a high level, the btree is just an index of key -> ptr tuples.
69  *
70  * Keys represent extents, and thus have a size field. Keys also have a variable
71  * number of pointers attached to them (potentially zero, which is handy for
72  * invalidating the cache).
73  *
74  * The key itself is an inode:offset pair. The inode number corresponds to a
75  * backing device or a flash only volume. The offset is the ending offset of the
76  * extent within the inode - not the starting offset; this makes lookups
77  * slightly more convenient.
78  *
79  * Pointers contain the cache device id, the offset on that device, and an 8 bit
80  * generation number. More on the gen later.
81  *
82  * Index lookups are not fully abstracted - cache lookups in particular are
83  * still somewhat mixed in with the btree code, but things are headed in that
84  * direction.
85  *
86  * Updates are fairly well abstracted, though. There are two different ways of
87  * updating the btree; insert and replace.
88  *
89  * BTREE_INSERT will just take a list of keys and insert them into the btree -
90  * overwriting (possibly only partially) any extents they overlap with. This is
91  * used to update the index after a write.
92  *
93  * BTREE_REPLACE is really cmpxchg(); it inserts a key into the btree iff it is
94  * overwriting a key that matches another given key. This is used for inserting
95  * data into the cache after a cache miss, and for background writeback, and for
96  * the moving garbage collector.
97  *
98  * There is no "delete" operation; deleting things from the index is
99  * accomplished by either by invalidating pointers (by incrementing a bucket's
100  * gen) or by inserting a key with 0 pointers - which will overwrite anything
101  * previously present at that location in the index.
102  *
103  * This means that there are always stale/invalid keys in the btree. They're
104  * filtered out by the code that iterates through a btree node, and removed when
105  * a btree node is rewritten.
106  *
107  * BTREE NODES:
108  *
109  * Our unit of allocation is a bucket, and we we can't arbitrarily allocate and
110  * free smaller than a bucket - so, that's how big our btree nodes are.
111  *
112  * (If buckets are really big we'll only use part of the bucket for a btree node
113  * - no less than 1/4th - but a bucket still contains no more than a single
114  * btree node. I'd actually like to change this, but for now we rely on the
115  * bucket's gen for deleting btree nodes when we rewrite/split a node.)
116  *
117  * Anyways, btree nodes are big - big enough to be inefficient with a textbook
118  * btree implementation.
119  *
120  * The way this is solved is that btree nodes are internally log structured; we
121  * can append new keys to an existing btree node without rewriting it. This
122  * means each set of keys we write is sorted, but the node is not.
123  *
124  * We maintain this log structure in memory - keeping 1Mb of keys sorted would
125  * be expensive, and we have to distinguish between the keys we have written and
126  * the keys we haven't. So to do a lookup in a btree node, we have to search
127  * each sorted set. But we do merge written sets together lazily, so the cost of
128  * these extra searches is quite low (normally most of the keys in a btree node
129  * will be in one big set, and then there'll be one or two sets that are much
130  * smaller).
131  *
132  * This log structure makes bcache's btree more of a hybrid between a
133  * conventional btree and a compacting data structure, with some of the
134  * advantages of both.
135  *
136  * GARBAGE COLLECTION:
137  *
138  * We can't just invalidate any bucket - it might contain dirty data or
139  * metadata. If it once contained dirty data, other writes might overwrite it
140  * later, leaving no valid pointers into that bucket in the index.
141  *
142  * Thus, the primary purpose of garbage collection is to find buckets to reuse.
143  * It also counts how much valid data it each bucket currently contains, so that
144  * allocation can reuse buckets sooner when they've been mostly overwritten.
145  *
146  * It also does some things that are really internal to the btree
147  * implementation. If a btree node contains pointers that are stale by more than
148  * some threshold, it rewrites the btree node to avoid the bucket's generation
149  * wrapping around. It also merges adjacent btree nodes if they're empty enough.
150  *
151  * THE JOURNAL:
152  *
153  * Bcache's journal is not necessary for consistency; we always strictly
154  * order metadata writes so that the btree and everything else is consistent on
155  * disk in the event of an unclean shutdown, and in fact bcache had writeback
156  * caching (with recovery from unclean shutdown) before journalling was
157  * implemented.
158  *
159  * Rather, the journal is purely a performance optimization; we can't complete a
160  * write until we've updated the index on disk, otherwise the cache would be
161  * inconsistent in the event of an unclean shutdown. This means that without the
162  * journal, on random write workloads we constantly have to update all the leaf
163  * nodes in the btree, and those writes will be mostly empty (appending at most
164  * a few keys each) - highly inefficient in terms of amount of metadata writes,
165  * and it puts more strain on the various btree resorting/compacting code.
166  *
167  * The journal is just a log of keys we've inserted; on startup we just reinsert
168  * all the keys in the open journal entries. That means that when we're updating
169  * a node in the btree, we can wait until a 4k block of keys fills up before
170  * writing them out.
171  *
172  * For simplicity, we only journal updates to leaf nodes; updates to parent
173  * nodes are rare enough (since our leaf nodes are huge) that it wasn't worth
174  * the complexity to deal with journalling them (in particular, journal replay)
175  * - updates to non leaf nodes just happen synchronously (see btree_split()).
176  */
177
178 #define pr_fmt(fmt) "bcache: %s() " fmt "\n", __func__
179
180 #include <linux/bcache.h>
181 #include <linux/bio.h>
182 #include <linux/kobject.h>
183 #include <linux/list.h>
184 #include <linux/mutex.h>
185 #include <linux/rbtree.h>
186 #include <linux/rwsem.h>
187 #include <linux/types.h>
188 #include <linux/workqueue.h>
189
190 #include "util.h"
191 #include "closure.h"
192
193 struct bucket {
194         atomic_t        pin;
195         uint16_t        prio;
196         uint8_t         gen;
197         uint8_t         disk_gen;
198         uint8_t         last_gc; /* Most out of date gen in the btree */
199         uint8_t         gc_gen;
200         uint16_t        gc_mark; /* Bitfield used by GC. See below for field */
201 };
202
203 /*
204  * I'd use bitfields for these, but I don't trust the compiler not to screw me
205  * as multiple threads touch struct bucket without locking
206  */
207
208 BITMASK(GC_MARK,         struct bucket, gc_mark, 0, 2);
209 #define GC_MARK_RECLAIMABLE     0
210 #define GC_MARK_DIRTY           1
211 #define GC_MARK_METADATA        2
212 BITMASK(GC_SECTORS_USED, struct bucket, gc_mark, 2, 13);
213 BITMASK(GC_MOVE, struct bucket, gc_mark, 15, 1);
214
215 #include "journal.h"
216 #include "stats.h"
217 struct search;
218 struct btree;
219 struct keybuf;
220
221 struct keybuf_key {
222         struct rb_node          node;
223         BKEY_PADDED(key);
224         void                    *private;
225 };
226
227 struct keybuf {
228         struct bkey             last_scanned;
229         spinlock_t              lock;
230
231         /*
232          * Beginning and end of range in rb tree - so that we can skip taking
233          * lock and checking the rb tree when we need to check for overlapping
234          * keys.
235          */
236         struct bkey             start;
237         struct bkey             end;
238
239         struct rb_root          keys;
240
241 #define KEYBUF_NR               500
242         DECLARE_ARRAY_ALLOCATOR(struct keybuf_key, freelist, KEYBUF_NR);
243 };
244
245 struct bio_split_pool {
246         struct bio_set          *bio_split;
247         mempool_t               *bio_split_hook;
248 };
249
250 struct bio_split_hook {
251         struct closure          cl;
252         struct bio_split_pool   *p;
253         struct bio              *bio;
254         bio_end_io_t            *bi_end_io;
255         void                    *bi_private;
256 };
257
258 struct bcache_device {
259         struct closure          cl;
260
261         struct kobject          kobj;
262
263         struct cache_set        *c;
264         unsigned                id;
265 #define BCACHEDEVNAME_SIZE      12
266         char                    name[BCACHEDEVNAME_SIZE];
267
268         struct gendisk          *disk;
269
270         unsigned long           flags;
271 #define BCACHE_DEV_CLOSING      0
272 #define BCACHE_DEV_DETACHING    1
273 #define BCACHE_DEV_UNLINK_DONE  2
274
275         unsigned                nr_stripes;
276         unsigned                stripe_size;
277         atomic_t                *stripe_sectors_dirty;
278         unsigned long           *full_dirty_stripes;
279
280         unsigned long           sectors_dirty_last;
281         long                    sectors_dirty_derivative;
282
283         mempool_t               *unaligned_bvec;
284         struct bio_set          *bio_split;
285
286         unsigned                data_csum:1;
287
288         int (*cache_miss)(struct btree *, struct search *,
289                           struct bio *, unsigned);
290         int (*ioctl) (struct bcache_device *, fmode_t, unsigned, unsigned long);
291
292         struct bio_split_pool   bio_split_hook;
293 };
294
295 struct io {
296         /* Used to track sequential IO so it can be skipped */
297         struct hlist_node       hash;
298         struct list_head        lru;
299
300         unsigned long           jiffies;
301         unsigned                sequential;
302         sector_t                last;
303 };
304
305 struct cached_dev {
306         struct list_head        list;
307         struct bcache_device    disk;
308         struct block_device     *bdev;
309
310         struct cache_sb         sb;
311         struct bio              sb_bio;
312         struct bio_vec          sb_bv[1];
313         struct closure_with_waitlist sb_write;
314
315         /* Refcount on the cache set. Always nonzero when we're caching. */
316         atomic_t                count;
317         struct work_struct      detach;
318
319         /*
320          * Device might not be running if it's dirty and the cache set hasn't
321          * showed up yet.
322          */
323         atomic_t                running;
324
325         /*
326          * Writes take a shared lock from start to finish; scanning for dirty
327          * data to refill the rb tree requires an exclusive lock.
328          */
329         struct rw_semaphore     writeback_lock;
330
331         /*
332          * Nonzero, and writeback has a refcount (d->count), iff there is dirty
333          * data in the cache. Protected by writeback_lock; must have an
334          * shared lock to set and exclusive lock to clear.
335          */
336         atomic_t                has_dirty;
337
338         struct bch_ratelimit    writeback_rate;
339         struct delayed_work     writeback_rate_update;
340
341         /*
342          * Internal to the writeback code, so read_dirty() can keep track of
343          * where it's at.
344          */
345         sector_t                last_read;
346
347         /* Limit number of writeback bios in flight */
348         struct semaphore        in_flight;
349         struct task_struct      *writeback_thread;
350
351         struct keybuf           writeback_keys;
352
353         /* For tracking sequential IO */
354 #define RECENT_IO_BITS  7
355 #define RECENT_IO       (1 << RECENT_IO_BITS)
356         struct io               io[RECENT_IO];
357         struct hlist_head       io_hash[RECENT_IO + 1];
358         struct list_head        io_lru;
359         spinlock_t              io_lock;
360
361         struct cache_accounting accounting;
362
363         /* The rest of this all shows up in sysfs */
364         unsigned                sequential_cutoff;
365         unsigned                readahead;
366
367         unsigned                verify:1;
368         unsigned                bypass_torture_test:1;
369
370         unsigned                partial_stripes_expensive:1;
371         unsigned                writeback_metadata:1;
372         unsigned                writeback_running:1;
373         unsigned char           writeback_percent;
374         unsigned                writeback_delay;
375
376         uint64_t                writeback_rate_target;
377         int64_t                 writeback_rate_proportional;
378         int64_t                 writeback_rate_derivative;
379         int64_t                 writeback_rate_change;
380
381         unsigned                writeback_rate_update_seconds;
382         unsigned                writeback_rate_d_term;
383         unsigned                writeback_rate_p_term_inverse;
384 };
385
386 enum alloc_watermarks {
387         WATERMARK_PRIO,
388         WATERMARK_METADATA,
389         WATERMARK_MOVINGGC,
390         WATERMARK_NONE,
391         WATERMARK_MAX
392 };
393
394 struct cache {
395         struct cache_set        *set;
396         struct cache_sb         sb;
397         struct bio              sb_bio;
398         struct bio_vec          sb_bv[1];
399
400         struct kobject          kobj;
401         struct block_device     *bdev;
402
403         unsigned                watermark[WATERMARK_MAX];
404
405         struct task_struct      *alloc_thread;
406
407         struct closure          prio;
408         struct prio_set         *disk_buckets;
409
410         /*
411          * When allocating new buckets, prio_write() gets first dibs - since we
412          * may not be allocate at all without writing priorities and gens.
413          * prio_buckets[] contains the last buckets we wrote priorities to (so
414          * gc can mark them as metadata), prio_next[] contains the buckets
415          * allocated for the next prio write.
416          */
417         uint64_t                *prio_buckets;
418         uint64_t                *prio_last_buckets;
419
420         /*
421          * free: Buckets that are ready to be used
422          *
423          * free_inc: Incoming buckets - these are buckets that currently have
424          * cached data in them, and we can't reuse them until after we write
425          * their new gen to disk. After prio_write() finishes writing the new
426          * gens/prios, they'll be moved to the free list (and possibly discarded
427          * in the process)
428          *
429          * unused: GC found nothing pointing into these buckets (possibly
430          * because all the data they contained was overwritten), so we only
431          * need to discard them before they can be moved to the free list.
432          */
433         DECLARE_FIFO(long, free);
434         DECLARE_FIFO(long, free_inc);
435         DECLARE_FIFO(long, unused);
436
437         size_t                  fifo_last_bucket;
438
439         /* Allocation stuff: */
440         struct bucket           *buckets;
441
442         DECLARE_HEAP(struct bucket *, heap);
443
444         /*
445          * max(gen - disk_gen) for all buckets. When it gets too big we have to
446          * call prio_write() to keep gens from wrapping.
447          */
448         uint8_t                 need_save_prio;
449
450         /*
451          * If nonzero, we know we aren't going to find any buckets to invalidate
452          * until a gc finishes - otherwise we could pointlessly burn a ton of
453          * cpu
454          */
455         unsigned                invalidate_needs_gc:1;
456
457         bool                    discard; /* Get rid of? */
458
459         struct journal_device   journal;
460
461         /* The rest of this all shows up in sysfs */
462 #define IO_ERROR_SHIFT          20
463         atomic_t                io_errors;
464         atomic_t                io_count;
465
466         atomic_long_t           meta_sectors_written;
467         atomic_long_t           btree_sectors_written;
468         atomic_long_t           sectors_written;
469
470         struct bio_split_pool   bio_split_hook;
471 };
472
473 struct gc_stat {
474         size_t                  nodes;
475         size_t                  key_bytes;
476
477         size_t                  nkeys;
478         uint64_t                data;   /* sectors */
479         unsigned                in_use; /* percent */
480 };
481
482 /*
483  * Flag bits, for how the cache set is shutting down, and what phase it's at:
484  *
485  * CACHE_SET_UNREGISTERING means we're not just shutting down, we're detaching
486  * all the backing devices first (their cached data gets invalidated, and they
487  * won't automatically reattach).
488  *
489  * CACHE_SET_STOPPING always gets set first when we're closing down a cache set;
490  * we'll continue to run normally for awhile with CACHE_SET_STOPPING set (i.e.
491  * flushing dirty data).
492  */
493 #define CACHE_SET_UNREGISTERING         0
494 #define CACHE_SET_STOPPING              1
495
496 struct cache_set {
497         struct closure          cl;
498
499         struct list_head        list;
500         struct kobject          kobj;
501         struct kobject          internal;
502         struct dentry           *debug;
503         struct cache_accounting accounting;
504
505         unsigned long           flags;
506
507         struct cache_sb         sb;
508
509         struct cache            *cache[MAX_CACHES_PER_SET];
510         struct cache            *cache_by_alloc[MAX_CACHES_PER_SET];
511         int                     caches_loaded;
512
513         struct bcache_device    **devices;
514         struct list_head        cached_devs;
515         uint64_t                cached_dev_sectors;
516         struct closure          caching;
517
518         struct closure_with_waitlist sb_write;
519
520         mempool_t               *search;
521         mempool_t               *bio_meta;
522         struct bio_set          *bio_split;
523
524         /* For the btree cache */
525         struct shrinker         shrink;
526
527         /* For the btree cache and anything allocation related */
528         struct mutex            bucket_lock;
529
530         /* log2(bucket_size), in sectors */
531         unsigned short          bucket_bits;
532
533         /* log2(block_size), in sectors */
534         unsigned short          block_bits;
535
536         /*
537          * Default number of pages for a new btree node - may be less than a
538          * full bucket
539          */
540         unsigned                btree_pages;
541
542         /*
543          * Lists of struct btrees; lru is the list for structs that have memory
544          * allocated for actual btree node, freed is for structs that do not.
545          *
546          * We never free a struct btree, except on shutdown - we just put it on
547          * the btree_cache_freed list and reuse it later. This simplifies the
548          * code, and it doesn't cost us much memory as the memory usage is
549          * dominated by buffers that hold the actual btree node data and those
550          * can be freed - and the number of struct btrees allocated is
551          * effectively bounded.
552          *
553          * btree_cache_freeable effectively is a small cache - we use it because
554          * high order page allocations can be rather expensive, and it's quite
555          * common to delete and allocate btree nodes in quick succession. It
556          * should never grow past ~2-3 nodes in practice.
557          */
558         struct list_head        btree_cache;
559         struct list_head        btree_cache_freeable;
560         struct list_head        btree_cache_freed;
561
562         /* Number of elements in btree_cache + btree_cache_freeable lists */
563         unsigned                bucket_cache_used;
564
565         /*
566          * If we need to allocate memory for a new btree node and that
567          * allocation fails, we can cannibalize another node in the btree cache
568          * to satisfy the allocation. However, only one thread can be doing this
569          * at a time, for obvious reasons - try_harder and try_wait are
570          * basically a lock for this that we can wait on asynchronously. The
571          * btree_root() macro releases the lock when it returns.
572          */
573         struct task_struct      *try_harder;
574         wait_queue_head_t       try_wait;
575         uint64_t                try_harder_start;
576
577         /*
578          * When we free a btree node, we increment the gen of the bucket the
579          * node is in - but we can't rewrite the prios and gens until we
580          * finished whatever it is we were doing, otherwise after a crash the
581          * btree node would be freed but for say a split, we might not have the
582          * pointers to the new nodes inserted into the btree yet.
583          *
584          * This is a refcount that blocks prio_write() until the new keys are
585          * written.
586          */
587         atomic_t                prio_blocked;
588         wait_queue_head_t       bucket_wait;
589
590         /*
591          * For any bio we don't skip we subtract the number of sectors from
592          * rescale; when it hits 0 we rescale all the bucket priorities.
593          */
594         atomic_t                rescale;
595         /*
596          * When we invalidate buckets, we use both the priority and the amount
597          * of good data to determine which buckets to reuse first - to weight
598          * those together consistently we keep track of the smallest nonzero
599          * priority of any bucket.
600          */
601         uint16_t                min_prio;
602
603         /*
604          * max(gen - gc_gen) for all buckets. When it gets too big we have to gc
605          * to keep gens from wrapping around.
606          */
607         uint8_t                 need_gc;
608         struct gc_stat          gc_stats;
609         size_t                  nbuckets;
610
611         struct task_struct      *gc_thread;
612         /* Where in the btree gc currently is */
613         struct bkey             gc_done;
614
615         /*
616          * The allocation code needs gc_mark in struct bucket to be correct, but
617          * it's not while a gc is in progress. Protected by bucket_lock.
618          */
619         int                     gc_mark_valid;
620
621         /* Counts how many sectors bio_insert has added to the cache */
622         atomic_t                sectors_to_gc;
623
624         wait_queue_head_t       moving_gc_wait;
625         struct keybuf           moving_gc_keys;
626         /* Number of moving GC bios in flight */
627         struct semaphore        moving_in_flight;
628
629         struct btree            *root;
630
631 #ifdef CONFIG_BCACHE_DEBUG
632         struct btree            *verify_data;
633         struct mutex            verify_lock;
634 #endif
635
636         unsigned                nr_uuids;
637         struct uuid_entry       *uuids;
638         BKEY_PADDED(uuid_bucket);
639         struct closure_with_waitlist uuid_write;
640
641         /*
642          * A btree node on disk could have too many bsets for an iterator to fit
643          * on the stack - have to dynamically allocate them
644          */
645         mempool_t               *fill_iter;
646
647         /*
648          * btree_sort() is a merge sort and requires temporary space - single
649          * element mempool
650          */
651         struct mutex            sort_lock;
652         struct bset             *sort;
653         unsigned                sort_crit_factor;
654
655         /* List of buckets we're currently writing data to */
656         struct list_head        data_buckets;
657         spinlock_t              data_bucket_lock;
658
659         struct journal          journal;
660
661 #define CONGESTED_MAX           1024
662         unsigned                congested_last_us;
663         atomic_t                congested;
664
665         /* The rest of this all shows up in sysfs */
666         unsigned                congested_read_threshold_us;
667         unsigned                congested_write_threshold_us;
668
669         struct time_stats       sort_time;
670         struct time_stats       btree_gc_time;
671         struct time_stats       btree_split_time;
672         struct time_stats       btree_read_time;
673         struct time_stats       try_harder_time;
674
675         atomic_long_t           cache_read_races;
676         atomic_long_t           writeback_keys_done;
677         atomic_long_t           writeback_keys_failed;
678
679         enum                    {
680                 ON_ERROR_UNREGISTER,
681                 ON_ERROR_PANIC,
682         }                       on_error;
683         unsigned                error_limit;
684         unsigned                error_decay;
685
686         unsigned short          journal_delay_ms;
687         unsigned                verify:1;
688         unsigned                key_merging_disabled:1;
689         unsigned                expensive_debug_checks:1;
690         unsigned                gc_always_rewrite:1;
691         unsigned                shrinker_disabled:1;
692         unsigned                copy_gc_enabled:1;
693
694 #define BUCKET_HASH_BITS        12
695         struct hlist_head       bucket_hash[1 << BUCKET_HASH_BITS];
696 };
697
698 struct bbio {
699         unsigned                submit_time_us;
700         union {
701                 struct bkey     key;
702                 uint64_t        _pad[3];
703                 /*
704                  * We only need pad = 3 here because we only ever carry around a
705                  * single pointer - i.e. the pointer we're doing io to/from.
706                  */
707         };
708         struct bio              bio;
709 };
710
711 static inline unsigned local_clock_us(void)
712 {
713         return local_clock() >> 10;
714 }
715
716 #define BTREE_PRIO              USHRT_MAX
717 #define INITIAL_PRIO            32768
718
719 #define btree_bytes(c)          ((c)->btree_pages * PAGE_SIZE)
720 #define btree_blocks(b)                                                 \
721         ((unsigned) (KEY_SIZE(&b->key) >> (b)->c->block_bits))
722
723 #define btree_default_blocks(c)                                         \
724         ((unsigned) ((PAGE_SECTORS * (c)->btree_pages) >> (c)->block_bits))
725
726 #define bucket_pages(c)         ((c)->sb.bucket_size / PAGE_SECTORS)
727 #define bucket_bytes(c)         ((c)->sb.bucket_size << 9)
728 #define block_bytes(c)          ((c)->sb.block_size << 9)
729
730 #define __set_bytes(i, k)       (sizeof(*(i)) + (k) * sizeof(uint64_t))
731 #define set_bytes(i)            __set_bytes(i, i->keys)
732
733 #define __set_blocks(i, k, c)   DIV_ROUND_UP(__set_bytes(i, k), block_bytes(c))
734 #define set_blocks(i, c)        __set_blocks(i, (i)->keys, c)
735
736 #define node(i, j)              ((struct bkey *) ((i)->d + (j)))
737 #define end(i)                  node(i, (i)->keys)
738
739 #define index(i, b)                                                     \
740         ((size_t) (((void *) i - (void *) (b)->sets[0].data) /          \
741                    block_bytes(b->c)))
742
743 #define btree_data_space(b)     (PAGE_SIZE << (b)->page_order)
744
745 #define prios_per_bucket(c)                             \
746         ((bucket_bytes(c) - sizeof(struct prio_set)) /  \
747          sizeof(struct bucket_disk))
748 #define prio_buckets(c)                                 \
749         DIV_ROUND_UP((size_t) (c)->sb.nbuckets, prios_per_bucket(c))
750
751 static inline size_t sector_to_bucket(struct cache_set *c, sector_t s)
752 {
753         return s >> c->bucket_bits;
754 }
755
756 static inline sector_t bucket_to_sector(struct cache_set *c, size_t b)
757 {
758         return ((sector_t) b) << c->bucket_bits;
759 }
760
761 static inline sector_t bucket_remainder(struct cache_set *c, sector_t s)
762 {
763         return s & (c->sb.bucket_size - 1);
764 }
765
766 static inline struct cache *PTR_CACHE(struct cache_set *c,
767                                       const struct bkey *k,
768                                       unsigned ptr)
769 {
770         return c->cache[PTR_DEV(k, ptr)];
771 }
772
773 static inline size_t PTR_BUCKET_NR(struct cache_set *c,
774                                    const struct bkey *k,
775                                    unsigned ptr)
776 {
777         return sector_to_bucket(c, PTR_OFFSET(k, ptr));
778 }
779
780 static inline struct bucket *PTR_BUCKET(struct cache_set *c,
781                                         const struct bkey *k,
782                                         unsigned ptr)
783 {
784         return PTR_CACHE(c, k, ptr)->buckets + PTR_BUCKET_NR(c, k, ptr);
785 }
786
787 /* Btree key macros */
788
789 static inline void bkey_init(struct bkey *k)
790 {
791         *k = ZERO_KEY;
792 }
793
794 /*
795  * This is used for various on disk data structures - cache_sb, prio_set, bset,
796  * jset: The checksum is _always_ the first 8 bytes of these structs
797  */
798 #define csum_set(i)                                                     \
799         bch_crc64(((void *) (i)) + sizeof(uint64_t),                    \
800               ((void *) end(i)) - (((void *) (i)) + sizeof(uint64_t)))
801
802 /* Error handling macros */
803
804 #define btree_bug(b, ...)                                               \
805 do {                                                                    \
806         if (bch_cache_set_error((b)->c, __VA_ARGS__))                   \
807                 dump_stack();                                           \
808 } while (0)
809
810 #define cache_bug(c, ...)                                               \
811 do {                                                                    \
812         if (bch_cache_set_error(c, __VA_ARGS__))                        \
813                 dump_stack();                                           \
814 } while (0)
815
816 #define btree_bug_on(cond, b, ...)                                      \
817 do {                                                                    \
818         if (cond)                                                       \
819                 btree_bug(b, __VA_ARGS__);                              \
820 } while (0)
821
822 #define cache_bug_on(cond, c, ...)                                      \
823 do {                                                                    \
824         if (cond)                                                       \
825                 cache_bug(c, __VA_ARGS__);                              \
826 } while (0)
827
828 #define cache_set_err_on(cond, c, ...)                                  \
829 do {                                                                    \
830         if (cond)                                                       \
831                 bch_cache_set_error(c, __VA_ARGS__);                    \
832 } while (0)
833
834 /* Looping macros */
835
836 #define for_each_cache(ca, cs, iter)                                    \
837         for (iter = 0; ca = cs->cache[iter], iter < (cs)->sb.nr_in_set; iter++)
838
839 #define for_each_bucket(b, ca)                                          \
840         for (b = (ca)->buckets + (ca)->sb.first_bucket;                 \
841              b < (ca)->buckets + (ca)->sb.nbuckets; b++)
842
843 static inline void cached_dev_put(struct cached_dev *dc)
844 {
845         if (atomic_dec_and_test(&dc->count))
846                 schedule_work(&dc->detach);
847 }
848
849 static inline bool cached_dev_get(struct cached_dev *dc)
850 {
851         if (!atomic_inc_not_zero(&dc->count))
852                 return false;
853
854         /* Paired with the mb in cached_dev_attach */
855         smp_mb__after_atomic_inc();
856         return true;
857 }
858
859 /*
860  * bucket_gc_gen() returns the difference between the bucket's current gen and
861  * the oldest gen of any pointer into that bucket in the btree (last_gc).
862  *
863  * bucket_disk_gen() returns the difference between the current gen and the gen
864  * on disk; they're both used to make sure gens don't wrap around.
865  */
866
867 static inline uint8_t bucket_gc_gen(struct bucket *b)
868 {
869         return b->gen - b->last_gc;
870 }
871
872 static inline uint8_t bucket_disk_gen(struct bucket *b)
873 {
874         return b->gen - b->disk_gen;
875 }
876
877 #define BUCKET_GC_GEN_MAX       96U
878 #define BUCKET_DISK_GEN_MAX     64U
879
880 #define kobj_attribute_write(n, fn)                                     \
881         static struct kobj_attribute ksysfs_##n = __ATTR(n, S_IWUSR, NULL, fn)
882
883 #define kobj_attribute_rw(n, show, store)                               \
884         static struct kobj_attribute ksysfs_##n =                       \
885                 __ATTR(n, S_IWUSR|S_IRUSR, show, store)
886
887 static inline void wake_up_allocators(struct cache_set *c)
888 {
889         struct cache *ca;
890         unsigned i;
891
892         for_each_cache(ca, c, i)
893                 wake_up_process(ca->alloc_thread);
894 }
895
896 /* Forward declarations */
897
898 void bch_count_io_errors(struct cache *, int, const char *);
899 void bch_bbio_count_io_errors(struct cache_set *, struct bio *,
900                               int, const char *);
901 void bch_bbio_endio(struct cache_set *, struct bio *, int, const char *);
902 void bch_bbio_free(struct bio *, struct cache_set *);
903 struct bio *bch_bbio_alloc(struct cache_set *);
904
905 struct bio *bch_bio_split(struct bio *, int, gfp_t, struct bio_set *);
906 void bch_generic_make_request(struct bio *, struct bio_split_pool *);
907 void __bch_submit_bbio(struct bio *, struct cache_set *);
908 void bch_submit_bbio(struct bio *, struct cache_set *, struct bkey *, unsigned);
909
910 uint8_t bch_inc_gen(struct cache *, struct bucket *);
911 void bch_rescale_priorities(struct cache_set *, int);
912 bool bch_bucket_add_unused(struct cache *, struct bucket *);
913
914 long bch_bucket_alloc(struct cache *, unsigned, bool);
915 void bch_bucket_free(struct cache_set *, struct bkey *);
916
917 int __bch_bucket_alloc_set(struct cache_set *, unsigned,
918                            struct bkey *, int, bool);
919 int bch_bucket_alloc_set(struct cache_set *, unsigned,
920                          struct bkey *, int, bool);
921 bool bch_alloc_sectors(struct cache_set *, struct bkey *, unsigned,
922                        unsigned, unsigned, bool);
923
924 __printf(2, 3)
925 bool bch_cache_set_error(struct cache_set *, const char *, ...);
926
927 void bch_prio_write(struct cache *);
928 void bch_write_bdev_super(struct cached_dev *, struct closure *);
929
930 extern struct workqueue_struct *bcache_wq;
931 extern const char * const bch_cache_modes[];
932 extern struct mutex bch_register_lock;
933 extern struct list_head bch_cache_sets;
934
935 extern struct kobj_type bch_cached_dev_ktype;
936 extern struct kobj_type bch_flash_dev_ktype;
937 extern struct kobj_type bch_cache_set_ktype;
938 extern struct kobj_type bch_cache_set_internal_ktype;
939 extern struct kobj_type bch_cache_ktype;
940
941 void bch_cached_dev_release(struct kobject *);
942 void bch_flash_dev_release(struct kobject *);
943 void bch_cache_set_release(struct kobject *);
944 void bch_cache_release(struct kobject *);
945
946 int bch_uuid_write(struct cache_set *);
947 void bcache_write_super(struct cache_set *);
948
949 int bch_flash_dev_create(struct cache_set *c, uint64_t size);
950
951 int bch_cached_dev_attach(struct cached_dev *, struct cache_set *);
952 void bch_cached_dev_detach(struct cached_dev *);
953 void bch_cached_dev_run(struct cached_dev *);
954 void bcache_device_stop(struct bcache_device *);
955
956 void bch_cache_set_unregister(struct cache_set *);
957 void bch_cache_set_stop(struct cache_set *);
958
959 struct cache_set *bch_cache_set_alloc(struct cache_sb *);
960 void bch_btree_cache_free(struct cache_set *);
961 int bch_btree_cache_alloc(struct cache_set *);
962 void bch_moving_init_cache_set(struct cache_set *);
963 int bch_open_buckets_alloc(struct cache_set *);
964 void bch_open_buckets_free(struct cache_set *);
965
966 int bch_cache_allocator_start(struct cache *ca);
967 int bch_cache_allocator_init(struct cache *ca);
968
969 void bch_debug_exit(void);
970 int bch_debug_init(struct kobject *);
971 void bch_request_exit(void);
972 int bch_request_init(void);
973 void bch_btree_exit(void);
974 int bch_btree_init(void);
975
976 #endif /* _BCACHE_H */