bcache: add separate workqueue for journal_write to avoid deadlock
[linux] / drivers / md / bcache / bcache.h
1 /* SPDX-License-Identifier: GPL-2.0 */
2 #ifndef _BCACHE_H
3 #define _BCACHE_H
4
5 /*
6  * SOME HIGH LEVEL CODE DOCUMENTATION:
7  *
8  * Bcache mostly works with cache sets, cache devices, and backing devices.
9  *
10  * Support for multiple cache devices hasn't quite been finished off yet, but
11  * it's about 95% plumbed through. A cache set and its cache devices is sort of
12  * like a md raid array and its component devices. Most of the code doesn't care
13  * about individual cache devices, the main abstraction is the cache set.
14  *
15  * Multiple cache devices is intended to give us the ability to mirror dirty
16  * cached data and metadata, without mirroring clean cached data.
17  *
18  * Backing devices are different, in that they have a lifetime independent of a
19  * cache set. When you register a newly formatted backing device it'll come up
20  * in passthrough mode, and then you can attach and detach a backing device from
21  * a cache set at runtime - while it's mounted and in use. Detaching implicitly
22  * invalidates any cached data for that backing device.
23  *
24  * A cache set can have multiple (many) backing devices attached to it.
25  *
26  * There's also flash only volumes - this is the reason for the distinction
27  * between struct cached_dev and struct bcache_device. A flash only volume
28  * works much like a bcache device that has a backing device, except the
29  * "cached" data is always dirty. The end result is that we get thin
30  * provisioning with very little additional code.
31  *
32  * Flash only volumes work but they're not production ready because the moving
33  * garbage collector needs more work. More on that later.
34  *
35  * BUCKETS/ALLOCATION:
36  *
37  * Bcache is primarily designed for caching, which means that in normal
38  * operation all of our available space will be allocated. Thus, we need an
39  * efficient way of deleting things from the cache so we can write new things to
40  * it.
41  *
42  * To do this, we first divide the cache device up into buckets. A bucket is the
43  * unit of allocation; they're typically around 1 mb - anywhere from 128k to 2M+
44  * works efficiently.
45  *
46  * Each bucket has a 16 bit priority, and an 8 bit generation associated with
47  * it. The gens and priorities for all the buckets are stored contiguously and
48  * packed on disk (in a linked list of buckets - aside from the superblock, all
49  * of bcache's metadata is stored in buckets).
50  *
51  * The priority is used to implement an LRU. We reset a bucket's priority when
52  * we allocate it or on cache it, and every so often we decrement the priority
53  * of each bucket. It could be used to implement something more sophisticated,
54  * if anyone ever gets around to it.
55  *
56  * The generation is used for invalidating buckets. Each pointer also has an 8
57  * bit generation embedded in it; for a pointer to be considered valid, its gen
58  * must match the gen of the bucket it points into.  Thus, to reuse a bucket all
59  * we have to do is increment its gen (and write its new gen to disk; we batch
60  * this up).
61  *
62  * Bcache is entirely COW - we never write twice to a bucket, even buckets that
63  * contain metadata (including btree nodes).
64  *
65  * THE BTREE:
66  *
67  * Bcache is in large part design around the btree.
68  *
69  * At a high level, the btree is just an index of key -> ptr tuples.
70  *
71  * Keys represent extents, and thus have a size field. Keys also have a variable
72  * number of pointers attached to them (potentially zero, which is handy for
73  * invalidating the cache).
74  *
75  * The key itself is an inode:offset pair. The inode number corresponds to a
76  * backing device or a flash only volume. The offset is the ending offset of the
77  * extent within the inode - not the starting offset; this makes lookups
78  * slightly more convenient.
79  *
80  * Pointers contain the cache device id, the offset on that device, and an 8 bit
81  * generation number. More on the gen later.
82  *
83  * Index lookups are not fully abstracted - cache lookups in particular are
84  * still somewhat mixed in with the btree code, but things are headed in that
85  * direction.
86  *
87  * Updates are fairly well abstracted, though. There are two different ways of
88  * updating the btree; insert and replace.
89  *
90  * BTREE_INSERT will just take a list of keys and insert them into the btree -
91  * overwriting (possibly only partially) any extents they overlap with. This is
92  * used to update the index after a write.
93  *
94  * BTREE_REPLACE is really cmpxchg(); it inserts a key into the btree iff it is
95  * overwriting a key that matches another given key. This is used for inserting
96  * data into the cache after a cache miss, and for background writeback, and for
97  * the moving garbage collector.
98  *
99  * There is no "delete" operation; deleting things from the index is
100  * accomplished by either by invalidating pointers (by incrementing a bucket's
101  * gen) or by inserting a key with 0 pointers - which will overwrite anything
102  * previously present at that location in the index.
103  *
104  * This means that there are always stale/invalid keys in the btree. They're
105  * filtered out by the code that iterates through a btree node, and removed when
106  * a btree node is rewritten.
107  *
108  * BTREE NODES:
109  *
110  * Our unit of allocation is a bucket, and we we can't arbitrarily allocate and
111  * free smaller than a bucket - so, that's how big our btree nodes are.
112  *
113  * (If buckets are really big we'll only use part of the bucket for a btree node
114  * - no less than 1/4th - but a bucket still contains no more than a single
115  * btree node. I'd actually like to change this, but for now we rely on the
116  * bucket's gen for deleting btree nodes when we rewrite/split a node.)
117  *
118  * Anyways, btree nodes are big - big enough to be inefficient with a textbook
119  * btree implementation.
120  *
121  * The way this is solved is that btree nodes are internally log structured; we
122  * can append new keys to an existing btree node without rewriting it. This
123  * means each set of keys we write is sorted, but the node is not.
124  *
125  * We maintain this log structure in memory - keeping 1Mb of keys sorted would
126  * be expensive, and we have to distinguish between the keys we have written and
127  * the keys we haven't. So to do a lookup in a btree node, we have to search
128  * each sorted set. But we do merge written sets together lazily, so the cost of
129  * these extra searches is quite low (normally most of the keys in a btree node
130  * will be in one big set, and then there'll be one or two sets that are much
131  * smaller).
132  *
133  * This log structure makes bcache's btree more of a hybrid between a
134  * conventional btree and a compacting data structure, with some of the
135  * advantages of both.
136  *
137  * GARBAGE COLLECTION:
138  *
139  * We can't just invalidate any bucket - it might contain dirty data or
140  * metadata. If it once contained dirty data, other writes might overwrite it
141  * later, leaving no valid pointers into that bucket in the index.
142  *
143  * Thus, the primary purpose of garbage collection is to find buckets to reuse.
144  * It also counts how much valid data it each bucket currently contains, so that
145  * allocation can reuse buckets sooner when they've been mostly overwritten.
146  *
147  * It also does some things that are really internal to the btree
148  * implementation. If a btree node contains pointers that are stale by more than
149  * some threshold, it rewrites the btree node to avoid the bucket's generation
150  * wrapping around. It also merges adjacent btree nodes if they're empty enough.
151  *
152  * THE JOURNAL:
153  *
154  * Bcache's journal is not necessary for consistency; we always strictly
155  * order metadata writes so that the btree and everything else is consistent on
156  * disk in the event of an unclean shutdown, and in fact bcache had writeback
157  * caching (with recovery from unclean shutdown) before journalling was
158  * implemented.
159  *
160  * Rather, the journal is purely a performance optimization; we can't complete a
161  * write until we've updated the index on disk, otherwise the cache would be
162  * inconsistent in the event of an unclean shutdown. This means that without the
163  * journal, on random write workloads we constantly have to update all the leaf
164  * nodes in the btree, and those writes will be mostly empty (appending at most
165  * a few keys each) - highly inefficient in terms of amount of metadata writes,
166  * and it puts more strain on the various btree resorting/compacting code.
167  *
168  * The journal is just a log of keys we've inserted; on startup we just reinsert
169  * all the keys in the open journal entries. That means that when we're updating
170  * a node in the btree, we can wait until a 4k block of keys fills up before
171  * writing them out.
172  *
173  * For simplicity, we only journal updates to leaf nodes; updates to parent
174  * nodes are rare enough (since our leaf nodes are huge) that it wasn't worth
175  * the complexity to deal with journalling them (in particular, journal replay)
176  * - updates to non leaf nodes just happen synchronously (see btree_split()).
177  */
178
179 #define pr_fmt(fmt) "bcache: %s() " fmt "\n", __func__
180
181 #include <linux/bcache.h>
182 #include <linux/bio.h>
183 #include <linux/kobject.h>
184 #include <linux/list.h>
185 #include <linux/mutex.h>
186 #include <linux/rbtree.h>
187 #include <linux/rwsem.h>
188 #include <linux/refcount.h>
189 #include <linux/types.h>
190 #include <linux/workqueue.h>
191 #include <linux/kthread.h>
192
193 #include "bset.h"
194 #include "util.h"
195 #include "closure.h"
196
197 struct bucket {
198         atomic_t        pin;
199         uint16_t        prio;
200         uint8_t         gen;
201         uint8_t         last_gc; /* Most out of date gen in the btree */
202         uint16_t        gc_mark; /* Bitfield used by GC. See below for field */
203 };
204
205 /*
206  * I'd use bitfields for these, but I don't trust the compiler not to screw me
207  * as multiple threads touch struct bucket without locking
208  */
209
210 BITMASK(GC_MARK,         struct bucket, gc_mark, 0, 2);
211 #define GC_MARK_RECLAIMABLE     1
212 #define GC_MARK_DIRTY           2
213 #define GC_MARK_METADATA        3
214 #define GC_SECTORS_USED_SIZE    13
215 #define MAX_GC_SECTORS_USED     (~(~0ULL << GC_SECTORS_USED_SIZE))
216 BITMASK(GC_SECTORS_USED, struct bucket, gc_mark, 2, GC_SECTORS_USED_SIZE);
217 BITMASK(GC_MOVE, struct bucket, gc_mark, 15, 1);
218
219 #include "journal.h"
220 #include "stats.h"
221 struct search;
222 struct btree;
223 struct keybuf;
224
225 struct keybuf_key {
226         struct rb_node          node;
227         BKEY_PADDED(key);
228         void                    *private;
229 };
230
231 struct keybuf {
232         struct bkey             last_scanned;
233         spinlock_t              lock;
234
235         /*
236          * Beginning and end of range in rb tree - so that we can skip taking
237          * lock and checking the rb tree when we need to check for overlapping
238          * keys.
239          */
240         struct bkey             start;
241         struct bkey             end;
242
243         struct rb_root          keys;
244
245 #define KEYBUF_NR               500
246         DECLARE_ARRAY_ALLOCATOR(struct keybuf_key, freelist, KEYBUF_NR);
247 };
248
249 struct bcache_device {
250         struct closure          cl;
251
252         struct kobject          kobj;
253
254         struct cache_set        *c;
255         unsigned int            id;
256 #define BCACHEDEVNAME_SIZE      12
257         char                    name[BCACHEDEVNAME_SIZE];
258
259         struct gendisk          *disk;
260
261         unsigned long           flags;
262 #define BCACHE_DEV_CLOSING              0
263 #define BCACHE_DEV_DETACHING            1
264 #define BCACHE_DEV_UNLINK_DONE          2
265 #define BCACHE_DEV_WB_RUNNING           3
266 #define BCACHE_DEV_RATE_DW_RUNNING      4
267         unsigned int            nr_stripes;
268         unsigned int            stripe_size;
269         atomic_t                *stripe_sectors_dirty;
270         unsigned long           *full_dirty_stripes;
271
272         struct bio_set          bio_split;
273
274         unsigned int            data_csum:1;
275
276         int (*cache_miss)(struct btree *b, struct search *s,
277                           struct bio *bio, unsigned int sectors);
278         int (*ioctl)(struct bcache_device *d, fmode_t mode,
279                      unsigned int cmd, unsigned long arg);
280 };
281
282 struct io {
283         /* Used to track sequential IO so it can be skipped */
284         struct hlist_node       hash;
285         struct list_head        lru;
286
287         unsigned long           jiffies;
288         unsigned int            sequential;
289         sector_t                last;
290 };
291
292 enum stop_on_failure {
293         BCH_CACHED_DEV_STOP_AUTO = 0,
294         BCH_CACHED_DEV_STOP_ALWAYS,
295         BCH_CACHED_DEV_STOP_MODE_MAX,
296 };
297
298 struct cached_dev {
299         struct list_head        list;
300         struct bcache_device    disk;
301         struct block_device     *bdev;
302
303         struct cache_sb         sb;
304         struct bio              sb_bio;
305         struct bio_vec          sb_bv[1];
306         struct closure          sb_write;
307         struct semaphore        sb_write_mutex;
308
309         /* Refcount on the cache set. Always nonzero when we're caching. */
310         refcount_t              count;
311         struct work_struct      detach;
312
313         /*
314          * Device might not be running if it's dirty and the cache set hasn't
315          * showed up yet.
316          */
317         atomic_t                running;
318
319         /*
320          * Writes take a shared lock from start to finish; scanning for dirty
321          * data to refill the rb tree requires an exclusive lock.
322          */
323         struct rw_semaphore     writeback_lock;
324
325         /*
326          * Nonzero, and writeback has a refcount (d->count), iff there is dirty
327          * data in the cache. Protected by writeback_lock; must have an
328          * shared lock to set and exclusive lock to clear.
329          */
330         atomic_t                has_dirty;
331
332         struct bch_ratelimit    writeback_rate;
333         struct delayed_work     writeback_rate_update;
334
335         /* Limit number of writeback bios in flight */
336         struct semaphore        in_flight;
337         struct task_struct      *writeback_thread;
338         struct workqueue_struct *writeback_write_wq;
339
340         struct keybuf           writeback_keys;
341
342         struct task_struct      *status_update_thread;
343         /*
344          * Order the write-half of writeback operations strongly in dispatch
345          * order.  (Maintain LBA order; don't allow reads completing out of
346          * order to re-order the writes...)
347          */
348         struct closure_waitlist writeback_ordering_wait;
349         atomic_t                writeback_sequence_next;
350
351         /* For tracking sequential IO */
352 #define RECENT_IO_BITS  7
353 #define RECENT_IO       (1 << RECENT_IO_BITS)
354         struct io               io[RECENT_IO];
355         struct hlist_head       io_hash[RECENT_IO + 1];
356         struct list_head        io_lru;
357         spinlock_t              io_lock;
358
359         struct cache_accounting accounting;
360
361         /* The rest of this all shows up in sysfs */
362         unsigned int            sequential_cutoff;
363         unsigned int            readahead;
364
365         unsigned int            io_disable:1;
366         unsigned int            verify:1;
367         unsigned int            bypass_torture_test:1;
368
369         unsigned int            partial_stripes_expensive:1;
370         unsigned int            writeback_metadata:1;
371         unsigned int            writeback_running:1;
372         unsigned char           writeback_percent;
373         unsigned int            writeback_delay;
374
375         uint64_t                writeback_rate_target;
376         int64_t                 writeback_rate_proportional;
377         int64_t                 writeback_rate_integral;
378         int64_t                 writeback_rate_integral_scaled;
379         int32_t                 writeback_rate_change;
380
381         unsigned int            writeback_rate_update_seconds;
382         unsigned int            writeback_rate_i_term_inverse;
383         unsigned int            writeback_rate_p_term_inverse;
384         unsigned int            writeback_rate_minimum;
385
386         enum stop_on_failure    stop_when_cache_set_failed;
387 #define DEFAULT_CACHED_DEV_ERROR_LIMIT  64
388         atomic_t                io_errors;
389         unsigned int            error_limit;
390         unsigned int            offline_seconds;
391
392         char                    backing_dev_name[BDEVNAME_SIZE];
393 };
394
395 enum alloc_reserve {
396         RESERVE_BTREE,
397         RESERVE_PRIO,
398         RESERVE_MOVINGGC,
399         RESERVE_NONE,
400         RESERVE_NR,
401 };
402
403 struct cache {
404         struct cache_set        *set;
405         struct cache_sb         sb;
406         struct bio              sb_bio;
407         struct bio_vec          sb_bv[1];
408
409         struct kobject          kobj;
410         struct block_device     *bdev;
411
412         struct task_struct      *alloc_thread;
413
414         struct closure          prio;
415         struct prio_set         *disk_buckets;
416
417         /*
418          * When allocating new buckets, prio_write() gets first dibs - since we
419          * may not be allocate at all without writing priorities and gens.
420          * prio_last_buckets[] contains the last buckets we wrote priorities to
421          * (so gc can mark them as metadata), prio_buckets[] contains the
422          * buckets allocated for the next prio write.
423          */
424         uint64_t                *prio_buckets;
425         uint64_t                *prio_last_buckets;
426
427         /*
428          * free: Buckets that are ready to be used
429          *
430          * free_inc: Incoming buckets - these are buckets that currently have
431          * cached data in them, and we can't reuse them until after we write
432          * their new gen to disk. After prio_write() finishes writing the new
433          * gens/prios, they'll be moved to the free list (and possibly discarded
434          * in the process)
435          */
436         DECLARE_FIFO(long, free)[RESERVE_NR];
437         DECLARE_FIFO(long, free_inc);
438
439         size_t                  fifo_last_bucket;
440
441         /* Allocation stuff: */
442         struct bucket           *buckets;
443
444         DECLARE_HEAP(struct bucket *, heap);
445
446         /*
447          * If nonzero, we know we aren't going to find any buckets to invalidate
448          * until a gc finishes - otherwise we could pointlessly burn a ton of
449          * cpu
450          */
451         unsigned int            invalidate_needs_gc;
452
453         bool                    discard; /* Get rid of? */
454
455         struct journal_device   journal;
456
457         /* The rest of this all shows up in sysfs */
458 #define IO_ERROR_SHIFT          20
459         atomic_t                io_errors;
460         atomic_t                io_count;
461
462         atomic_long_t           meta_sectors_written;
463         atomic_long_t           btree_sectors_written;
464         atomic_long_t           sectors_written;
465
466         char                    cache_dev_name[BDEVNAME_SIZE];
467 };
468
469 struct gc_stat {
470         size_t                  nodes;
471         size_t                  nodes_pre;
472         size_t                  key_bytes;
473
474         size_t                  nkeys;
475         uint64_t                data;   /* sectors */
476         unsigned int            in_use; /* percent */
477 };
478
479 /*
480  * Flag bits, for how the cache set is shutting down, and what phase it's at:
481  *
482  * CACHE_SET_UNREGISTERING means we're not just shutting down, we're detaching
483  * all the backing devices first (their cached data gets invalidated, and they
484  * won't automatically reattach).
485  *
486  * CACHE_SET_STOPPING always gets set first when we're closing down a cache set;
487  * we'll continue to run normally for awhile with CACHE_SET_STOPPING set (i.e.
488  * flushing dirty data).
489  *
490  * CACHE_SET_RUNNING means all cache devices have been registered and journal
491  * replay is complete.
492  *
493  * CACHE_SET_IO_DISABLE is set when bcache is stopping the whold cache set, all
494  * external and internal I/O should be denied when this flag is set.
495  *
496  */
497 #define CACHE_SET_UNREGISTERING         0
498 #define CACHE_SET_STOPPING              1
499 #define CACHE_SET_RUNNING               2
500 #define CACHE_SET_IO_DISABLE            3
501
502 struct cache_set {
503         struct closure          cl;
504
505         struct list_head        list;
506         struct kobject          kobj;
507         struct kobject          internal;
508         struct dentry           *debug;
509         struct cache_accounting accounting;
510
511         unsigned long           flags;
512         atomic_t                idle_counter;
513         atomic_t                at_max_writeback_rate;
514
515         struct cache_sb         sb;
516
517         struct cache            *cache[MAX_CACHES_PER_SET];
518         struct cache            *cache_by_alloc[MAX_CACHES_PER_SET];
519         int                     caches_loaded;
520
521         struct bcache_device    **devices;
522         unsigned int            devices_max_used;
523         atomic_t                attached_dev_nr;
524         struct list_head        cached_devs;
525         uint64_t                cached_dev_sectors;
526         atomic_long_t           flash_dev_dirty_sectors;
527         struct closure          caching;
528
529         struct closure          sb_write;
530         struct semaphore        sb_write_mutex;
531
532         mempool_t               search;
533         mempool_t               bio_meta;
534         struct bio_set          bio_split;
535
536         /* For the btree cache */
537         struct shrinker         shrink;
538
539         /* For the btree cache and anything allocation related */
540         struct mutex            bucket_lock;
541
542         /* log2(bucket_size), in sectors */
543         unsigned short          bucket_bits;
544
545         /* log2(block_size), in sectors */
546         unsigned short          block_bits;
547
548         /*
549          * Default number of pages for a new btree node - may be less than a
550          * full bucket
551          */
552         unsigned int            btree_pages;
553
554         /*
555          * Lists of struct btrees; lru is the list for structs that have memory
556          * allocated for actual btree node, freed is for structs that do not.
557          *
558          * We never free a struct btree, except on shutdown - we just put it on
559          * the btree_cache_freed list and reuse it later. This simplifies the
560          * code, and it doesn't cost us much memory as the memory usage is
561          * dominated by buffers that hold the actual btree node data and those
562          * can be freed - and the number of struct btrees allocated is
563          * effectively bounded.
564          *
565          * btree_cache_freeable effectively is a small cache - we use it because
566          * high order page allocations can be rather expensive, and it's quite
567          * common to delete and allocate btree nodes in quick succession. It
568          * should never grow past ~2-3 nodes in practice.
569          */
570         struct list_head        btree_cache;
571         struct list_head        btree_cache_freeable;
572         struct list_head        btree_cache_freed;
573
574         /* Number of elements in btree_cache + btree_cache_freeable lists */
575         unsigned int            btree_cache_used;
576
577         /*
578          * If we need to allocate memory for a new btree node and that
579          * allocation fails, we can cannibalize another node in the btree cache
580          * to satisfy the allocation - lock to guarantee only one thread does
581          * this at a time:
582          */
583         wait_queue_head_t       btree_cache_wait;
584         struct task_struct      *btree_cache_alloc_lock;
585
586         /*
587          * When we free a btree node, we increment the gen of the bucket the
588          * node is in - but we can't rewrite the prios and gens until we
589          * finished whatever it is we were doing, otherwise after a crash the
590          * btree node would be freed but for say a split, we might not have the
591          * pointers to the new nodes inserted into the btree yet.
592          *
593          * This is a refcount that blocks prio_write() until the new keys are
594          * written.
595          */
596         atomic_t                prio_blocked;
597         wait_queue_head_t       bucket_wait;
598
599         /*
600          * For any bio we don't skip we subtract the number of sectors from
601          * rescale; when it hits 0 we rescale all the bucket priorities.
602          */
603         atomic_t                rescale;
604         /*
605          * used for GC, identify if any front side I/Os is inflight
606          */
607         atomic_t                search_inflight;
608         /*
609          * When we invalidate buckets, we use both the priority and the amount
610          * of good data to determine which buckets to reuse first - to weight
611          * those together consistently we keep track of the smallest nonzero
612          * priority of any bucket.
613          */
614         uint16_t                min_prio;
615
616         /*
617          * max(gen - last_gc) for all buckets. When it gets too big we have to
618          * gc to keep gens from wrapping around.
619          */
620         uint8_t                 need_gc;
621         struct gc_stat          gc_stats;
622         size_t                  nbuckets;
623         size_t                  avail_nbuckets;
624
625         struct task_struct      *gc_thread;
626         /* Where in the btree gc currently is */
627         struct bkey             gc_done;
628
629         /*
630          * The allocation code needs gc_mark in struct bucket to be correct, but
631          * it's not while a gc is in progress. Protected by bucket_lock.
632          */
633         int                     gc_mark_valid;
634
635         /* Counts how many sectors bio_insert has added to the cache */
636         atomic_t                sectors_to_gc;
637         wait_queue_head_t       gc_wait;
638
639         struct keybuf           moving_gc_keys;
640         /* Number of moving GC bios in flight */
641         struct semaphore        moving_in_flight;
642
643         struct workqueue_struct *moving_gc_wq;
644
645         struct btree            *root;
646
647 #ifdef CONFIG_BCACHE_DEBUG
648         struct btree            *verify_data;
649         struct bset             *verify_ondisk;
650         struct mutex            verify_lock;
651 #endif
652
653         unsigned int            nr_uuids;
654         struct uuid_entry       *uuids;
655         BKEY_PADDED(uuid_bucket);
656         struct closure          uuid_write;
657         struct semaphore        uuid_write_mutex;
658
659         /*
660          * A btree node on disk could have too many bsets for an iterator to fit
661          * on the stack - have to dynamically allocate them
662          */
663         mempool_t               fill_iter;
664
665         struct bset_sort_state  sort;
666
667         /* List of buckets we're currently writing data to */
668         struct list_head        data_buckets;
669         spinlock_t              data_bucket_lock;
670
671         struct journal          journal;
672
673 #define CONGESTED_MAX           1024
674         unsigned int            congested_last_us;
675         atomic_t                congested;
676
677         /* The rest of this all shows up in sysfs */
678         unsigned int            congested_read_threshold_us;
679         unsigned int            congested_write_threshold_us;
680
681         struct time_stats       btree_gc_time;
682         struct time_stats       btree_split_time;
683         struct time_stats       btree_read_time;
684
685         atomic_long_t           cache_read_races;
686         atomic_long_t           writeback_keys_done;
687         atomic_long_t           writeback_keys_failed;
688
689         atomic_long_t           reclaim;
690         atomic_long_t           flush_write;
691         atomic_long_t           retry_flush_write;
692
693         enum                    {
694                 ON_ERROR_UNREGISTER,
695                 ON_ERROR_PANIC,
696         }                       on_error;
697 #define DEFAULT_IO_ERROR_LIMIT 8
698         unsigned int            error_limit;
699         unsigned int            error_decay;
700
701         unsigned short          journal_delay_ms;
702         bool                    expensive_debug_checks;
703         unsigned int            verify:1;
704         unsigned int            key_merging_disabled:1;
705         unsigned int            gc_always_rewrite:1;
706         unsigned int            shrinker_disabled:1;
707         unsigned int            copy_gc_enabled:1;
708
709 #define BUCKET_HASH_BITS        12
710         struct hlist_head       bucket_hash[1 << BUCKET_HASH_BITS];
711
712         DECLARE_HEAP(struct btree *, flush_btree);
713 };
714
715 struct bbio {
716         unsigned int            submit_time_us;
717         union {
718                 struct bkey     key;
719                 uint64_t        _pad[3];
720                 /*
721                  * We only need pad = 3 here because we only ever carry around a
722                  * single pointer - i.e. the pointer we're doing io to/from.
723                  */
724         };
725         struct bio              bio;
726 };
727
728 #define BTREE_PRIO              USHRT_MAX
729 #define INITIAL_PRIO            32768U
730
731 #define btree_bytes(c)          ((c)->btree_pages * PAGE_SIZE)
732 #define btree_blocks(b)                                                 \
733         ((unsigned int) (KEY_SIZE(&b->key) >> (b)->c->block_bits))
734
735 #define btree_default_blocks(c)                                         \
736         ((unsigned int) ((PAGE_SECTORS * (c)->btree_pages) >> (c)->block_bits))
737
738 #define bucket_pages(c)         ((c)->sb.bucket_size / PAGE_SECTORS)
739 #define bucket_bytes(c)         ((c)->sb.bucket_size << 9)
740 #define block_bytes(c)          ((c)->sb.block_size << 9)
741
742 #define prios_per_bucket(c)                             \
743         ((bucket_bytes(c) - sizeof(struct prio_set)) /  \
744          sizeof(struct bucket_disk))
745 #define prio_buckets(c)                                 \
746         DIV_ROUND_UP((size_t) (c)->sb.nbuckets, prios_per_bucket(c))
747
748 static inline size_t sector_to_bucket(struct cache_set *c, sector_t s)
749 {
750         return s >> c->bucket_bits;
751 }
752
753 static inline sector_t bucket_to_sector(struct cache_set *c, size_t b)
754 {
755         return ((sector_t) b) << c->bucket_bits;
756 }
757
758 static inline sector_t bucket_remainder(struct cache_set *c, sector_t s)
759 {
760         return s & (c->sb.bucket_size - 1);
761 }
762
763 static inline struct cache *PTR_CACHE(struct cache_set *c,
764                                       const struct bkey *k,
765                                       unsigned int ptr)
766 {
767         return c->cache[PTR_DEV(k, ptr)];
768 }
769
770 static inline size_t PTR_BUCKET_NR(struct cache_set *c,
771                                    const struct bkey *k,
772                                    unsigned int ptr)
773 {
774         return sector_to_bucket(c, PTR_OFFSET(k, ptr));
775 }
776
777 static inline struct bucket *PTR_BUCKET(struct cache_set *c,
778                                         const struct bkey *k,
779                                         unsigned int ptr)
780 {
781         return PTR_CACHE(c, k, ptr)->buckets + PTR_BUCKET_NR(c, k, ptr);
782 }
783
784 static inline uint8_t gen_after(uint8_t a, uint8_t b)
785 {
786         uint8_t r = a - b;
787
788         return r > 128U ? 0 : r;
789 }
790
791 static inline uint8_t ptr_stale(struct cache_set *c, const struct bkey *k,
792                                 unsigned int i)
793 {
794         return gen_after(PTR_BUCKET(c, k, i)->gen, PTR_GEN(k, i));
795 }
796
797 static inline bool ptr_available(struct cache_set *c, const struct bkey *k,
798                                  unsigned int i)
799 {
800         return (PTR_DEV(k, i) < MAX_CACHES_PER_SET) && PTR_CACHE(c, k, i);
801 }
802
803 /* Btree key macros */
804
805 /*
806  * This is used for various on disk data structures - cache_sb, prio_set, bset,
807  * jset: The checksum is _always_ the first 8 bytes of these structs
808  */
809 #define csum_set(i)                                                     \
810         bch_crc64(((void *) (i)) + sizeof(uint64_t),                    \
811                   ((void *) bset_bkey_last(i)) -                        \
812                   (((void *) (i)) + sizeof(uint64_t)))
813
814 /* Error handling macros */
815
816 #define btree_bug(b, ...)                                               \
817 do {                                                                    \
818         if (bch_cache_set_error((b)->c, __VA_ARGS__))                   \
819                 dump_stack();                                           \
820 } while (0)
821
822 #define cache_bug(c, ...)                                               \
823 do {                                                                    \
824         if (bch_cache_set_error(c, __VA_ARGS__))                        \
825                 dump_stack();                                           \
826 } while (0)
827
828 #define btree_bug_on(cond, b, ...)                                      \
829 do {                                                                    \
830         if (cond)                                                       \
831                 btree_bug(b, __VA_ARGS__);                              \
832 } while (0)
833
834 #define cache_bug_on(cond, c, ...)                                      \
835 do {                                                                    \
836         if (cond)                                                       \
837                 cache_bug(c, __VA_ARGS__);                              \
838 } while (0)
839
840 #define cache_set_err_on(cond, c, ...)                                  \
841 do {                                                                    \
842         if (cond)                                                       \
843                 bch_cache_set_error(c, __VA_ARGS__);                    \
844 } while (0)
845
846 /* Looping macros */
847
848 #define for_each_cache(ca, cs, iter)                                    \
849         for (iter = 0; ca = cs->cache[iter], iter < (cs)->sb.nr_in_set; iter++)
850
851 #define for_each_bucket(b, ca)                                          \
852         for (b = (ca)->buckets + (ca)->sb.first_bucket;                 \
853              b < (ca)->buckets + (ca)->sb.nbuckets; b++)
854
855 static inline void cached_dev_put(struct cached_dev *dc)
856 {
857         if (refcount_dec_and_test(&dc->count))
858                 schedule_work(&dc->detach);
859 }
860
861 static inline bool cached_dev_get(struct cached_dev *dc)
862 {
863         if (!refcount_inc_not_zero(&dc->count))
864                 return false;
865
866         /* Paired with the mb in cached_dev_attach */
867         smp_mb__after_atomic();
868         return true;
869 }
870
871 /*
872  * bucket_gc_gen() returns the difference between the bucket's current gen and
873  * the oldest gen of any pointer into that bucket in the btree (last_gc).
874  */
875
876 static inline uint8_t bucket_gc_gen(struct bucket *b)
877 {
878         return b->gen - b->last_gc;
879 }
880
881 #define BUCKET_GC_GEN_MAX       96U
882
883 #define kobj_attribute_write(n, fn)                                     \
884         static struct kobj_attribute ksysfs_##n = __ATTR(n, 0200, NULL, fn)
885
886 #define kobj_attribute_rw(n, show, store)                               \
887         static struct kobj_attribute ksysfs_##n =                       \
888                 __ATTR(n, 0600, show, store)
889
890 static inline void wake_up_allocators(struct cache_set *c)
891 {
892         struct cache *ca;
893         unsigned int i;
894
895         for_each_cache(ca, c, i)
896                 wake_up_process(ca->alloc_thread);
897 }
898
899 static inline void closure_bio_submit(struct cache_set *c,
900                                       struct bio *bio,
901                                       struct closure *cl)
902 {
903         closure_get(cl);
904         if (unlikely(test_bit(CACHE_SET_IO_DISABLE, &c->flags))) {
905                 bio->bi_status = BLK_STS_IOERR;
906                 bio_endio(bio);
907                 return;
908         }
909         generic_make_request(bio);
910 }
911
912 /*
913  * Prevent the kthread exits directly, and make sure when kthread_stop()
914  * is called to stop a kthread, it is still alive. If a kthread might be
915  * stopped by CACHE_SET_IO_DISABLE bit set, wait_for_kthread_stop() is
916  * necessary before the kthread returns.
917  */
918 static inline void wait_for_kthread_stop(void)
919 {
920         while (!kthread_should_stop()) {
921                 set_current_state(TASK_INTERRUPTIBLE);
922                 schedule();
923         }
924 }
925
926 /* Forward declarations */
927
928 void bch_count_backing_io_errors(struct cached_dev *dc, struct bio *bio);
929 void bch_count_io_errors(struct cache *ca, blk_status_t error,
930                          int is_read, const char *m);
931 void bch_bbio_count_io_errors(struct cache_set *c, struct bio *bio,
932                               blk_status_t error, const char *m);
933 void bch_bbio_endio(struct cache_set *c, struct bio *bio,
934                     blk_status_t error, const char *m);
935 void bch_bbio_free(struct bio *bio, struct cache_set *c);
936 struct bio *bch_bbio_alloc(struct cache_set *c);
937
938 void __bch_submit_bbio(struct bio *bio, struct cache_set *c);
939 void bch_submit_bbio(struct bio *bio, struct cache_set *c,
940                      struct bkey *k, unsigned int ptr);
941
942 uint8_t bch_inc_gen(struct cache *ca, struct bucket *b);
943 void bch_rescale_priorities(struct cache_set *c, int sectors);
944
945 bool bch_can_invalidate_bucket(struct cache *ca, struct bucket *b);
946 void __bch_invalidate_one_bucket(struct cache *ca, struct bucket *b);
947
948 void __bch_bucket_free(struct cache *ca, struct bucket *b);
949 void bch_bucket_free(struct cache_set *c, struct bkey *k);
950
951 long bch_bucket_alloc(struct cache *ca, unsigned int reserve, bool wait);
952 int __bch_bucket_alloc_set(struct cache_set *c, unsigned int reserve,
953                            struct bkey *k, int n, bool wait);
954 int bch_bucket_alloc_set(struct cache_set *c, unsigned int reserve,
955                          struct bkey *k, int n, bool wait);
956 bool bch_alloc_sectors(struct cache_set *c, struct bkey *k,
957                        unsigned int sectors, unsigned int write_point,
958                        unsigned int write_prio, bool wait);
959 bool bch_cached_dev_error(struct cached_dev *dc);
960
961 __printf(2, 3)
962 bool bch_cache_set_error(struct cache_set *c, const char *fmt, ...);
963
964 void bch_prio_write(struct cache *ca);
965 void bch_write_bdev_super(struct cached_dev *dc, struct closure *parent);
966
967 extern struct workqueue_struct *bcache_wq;
968 extern struct workqueue_struct *bch_journal_wq;
969 extern struct mutex bch_register_lock;
970 extern struct list_head bch_cache_sets;
971
972 extern struct kobj_type bch_cached_dev_ktype;
973 extern struct kobj_type bch_flash_dev_ktype;
974 extern struct kobj_type bch_cache_set_ktype;
975 extern struct kobj_type bch_cache_set_internal_ktype;
976 extern struct kobj_type bch_cache_ktype;
977
978 void bch_cached_dev_release(struct kobject *kobj);
979 void bch_flash_dev_release(struct kobject *kobj);
980 void bch_cache_set_release(struct kobject *kobj);
981 void bch_cache_release(struct kobject *kobj);
982
983 int bch_uuid_write(struct cache_set *c);
984 void bcache_write_super(struct cache_set *c);
985
986 int bch_flash_dev_create(struct cache_set *c, uint64_t size);
987
988 int bch_cached_dev_attach(struct cached_dev *dc, struct cache_set *c,
989                           uint8_t *set_uuid);
990 void bch_cached_dev_detach(struct cached_dev *dc);
991 void bch_cached_dev_run(struct cached_dev *dc);
992 void bcache_device_stop(struct bcache_device *d);
993
994 void bch_cache_set_unregister(struct cache_set *c);
995 void bch_cache_set_stop(struct cache_set *c);
996
997 struct cache_set *bch_cache_set_alloc(struct cache_sb *sb);
998 void bch_btree_cache_free(struct cache_set *c);
999 int bch_btree_cache_alloc(struct cache_set *c);
1000 void bch_moving_init_cache_set(struct cache_set *c);
1001 int bch_open_buckets_alloc(struct cache_set *c);
1002 void bch_open_buckets_free(struct cache_set *c);
1003
1004 int bch_cache_allocator_start(struct cache *ca);
1005
1006 void bch_debug_exit(void);
1007 void bch_debug_init(struct kobject *kobj);
1008 void bch_request_exit(void);
1009 int bch_request_init(void);
1010
1011 #endif /* _BCACHE_H */