GNU Linux-libre 4.4.288-gnu1
[releases.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 "bset.h"
191 #include "util.h"
192 #include "closure.h"
193
194 struct bucket {
195         atomic_t        pin;
196         uint16_t        prio;
197         uint8_t         gen;
198         uint8_t         last_gc; /* Most out of date gen in the btree */
199         uint16_t        gc_mark; /* Bitfield used by GC. See below for field */
200 };
201
202 /*
203  * I'd use bitfields for these, but I don't trust the compiler not to screw me
204  * as multiple threads touch struct bucket without locking
205  */
206
207 BITMASK(GC_MARK,         struct bucket, gc_mark, 0, 2);
208 #define GC_MARK_RECLAIMABLE     1
209 #define GC_MARK_DIRTY           2
210 #define GC_MARK_METADATA        3
211 #define GC_SECTORS_USED_SIZE    13
212 #define MAX_GC_SECTORS_USED     (~(~0ULL << GC_SECTORS_USED_SIZE))
213 BITMASK(GC_SECTORS_USED, struct bucket, gc_mark, 2, GC_SECTORS_USED_SIZE);
214 BITMASK(GC_MOVE, struct bucket, gc_mark, 15, 1);
215
216 #include "journal.h"
217 #include "stats.h"
218 struct search;
219 struct btree;
220 struct keybuf;
221
222 struct keybuf_key {
223         struct rb_node          node;
224         BKEY_PADDED(key);
225         void                    *private;
226 };
227
228 struct keybuf {
229         struct bkey             last_scanned;
230         spinlock_t              lock;
231
232         /*
233          * Beginning and end of range in rb tree - so that we can skip taking
234          * lock and checking the rb tree when we need to check for overlapping
235          * keys.
236          */
237         struct bkey             start;
238         struct bkey             end;
239
240         struct rb_root          keys;
241
242 #define KEYBUF_NR               500
243         DECLARE_ARRAY_ALLOCATOR(struct keybuf_key, freelist, KEYBUF_NR);
244 };
245
246 struct bcache_device {
247         struct closure          cl;
248
249         struct kobject          kobj;
250
251         struct cache_set        *c;
252         unsigned                id;
253 #define BCACHEDEVNAME_SIZE      12
254         char                    name[BCACHEDEVNAME_SIZE];
255
256         struct gendisk          *disk;
257
258         unsigned long           flags;
259 #define BCACHE_DEV_CLOSING      0
260 #define BCACHE_DEV_DETACHING    1
261 #define BCACHE_DEV_UNLINK_DONE  2
262
263         unsigned                nr_stripes;
264         unsigned                stripe_size;
265         atomic_t                *stripe_sectors_dirty;
266         unsigned long           *full_dirty_stripes;
267
268         unsigned long           sectors_dirty_last;
269         long                    sectors_dirty_derivative;
270
271         struct bio_set          *bio_split;
272
273         unsigned                data_csum:1;
274
275         int (*cache_miss)(struct btree *, struct search *,
276                           struct bio *, unsigned);
277         int (*ioctl) (struct bcache_device *, fmode_t, unsigned, unsigned long);
278 };
279
280 struct io {
281         /* Used to track sequential IO so it can be skipped */
282         struct hlist_node       hash;
283         struct list_head        lru;
284
285         unsigned long           jiffies;
286         unsigned                sequential;
287         sector_t                last;
288 };
289
290 struct cached_dev {
291         struct list_head        list;
292         struct bcache_device    disk;
293         struct block_device     *bdev;
294
295         struct cache_sb         sb;
296         struct bio              sb_bio;
297         struct bio_vec          sb_bv[1];
298         struct closure          sb_write;
299         struct semaphore        sb_write_mutex;
300
301         /* Refcount on the cache set. Always nonzero when we're caching. */
302         atomic_t                count;
303         struct work_struct      detach;
304
305         /*
306          * Device might not be running if it's dirty and the cache set hasn't
307          * showed up yet.
308          */
309         atomic_t                running;
310
311         /*
312          * Writes take a shared lock from start to finish; scanning for dirty
313          * data to refill the rb tree requires an exclusive lock.
314          */
315         struct rw_semaphore     writeback_lock;
316
317         /*
318          * Nonzero, and writeback has a refcount (d->count), iff there is dirty
319          * data in the cache. Protected by writeback_lock; must have an
320          * shared lock to set and exclusive lock to clear.
321          */
322         atomic_t                has_dirty;
323
324         struct bch_ratelimit    writeback_rate;
325         struct delayed_work     writeback_rate_update;
326
327         /*
328          * Internal to the writeback code, so read_dirty() can keep track of
329          * where it's at.
330          */
331         sector_t                last_read;
332
333         /* Limit number of writeback bios in flight */
334         struct semaphore        in_flight;
335         struct task_struct      *writeback_thread;
336         struct workqueue_struct *writeback_write_wq;
337
338         struct keybuf           writeback_keys;
339
340         /* For tracking sequential IO */
341 #define RECENT_IO_BITS  7
342 #define RECENT_IO       (1 << RECENT_IO_BITS)
343         struct io               io[RECENT_IO];
344         struct hlist_head       io_hash[RECENT_IO + 1];
345         struct list_head        io_lru;
346         spinlock_t              io_lock;
347
348         struct cache_accounting accounting;
349
350         /* The rest of this all shows up in sysfs */
351         unsigned                sequential_cutoff;
352         unsigned                readahead;
353
354         unsigned                verify:1;
355         unsigned                bypass_torture_test:1;
356
357         unsigned                partial_stripes_expensive:1;
358         unsigned                writeback_metadata:1;
359         unsigned                writeback_running:1;
360         unsigned char           writeback_percent;
361         unsigned                writeback_delay;
362
363         uint64_t                writeback_rate_target;
364         int64_t                 writeback_rate_proportional;
365         int64_t                 writeback_rate_derivative;
366         int64_t                 writeback_rate_change;
367
368         unsigned                writeback_rate_update_seconds;
369         unsigned                writeback_rate_d_term;
370         unsigned                writeback_rate_p_term_inverse;
371 };
372
373 enum alloc_reserve {
374         RESERVE_BTREE,
375         RESERVE_PRIO,
376         RESERVE_MOVINGGC,
377         RESERVE_NONE,
378         RESERVE_NR,
379 };
380
381 struct cache {
382         struct cache_set        *set;
383         struct cache_sb         sb;
384         struct bio              sb_bio;
385         struct bio_vec          sb_bv[1];
386
387         struct kobject          kobj;
388         struct block_device     *bdev;
389
390         struct task_struct      *alloc_thread;
391
392         struct closure          prio;
393         struct prio_set         *disk_buckets;
394
395         /*
396          * When allocating new buckets, prio_write() gets first dibs - since we
397          * may not be allocate at all without writing priorities and gens.
398          * prio_buckets[] contains the last buckets we wrote priorities to (so
399          * gc can mark them as metadata), prio_next[] contains the buckets
400          * allocated for the next prio write.
401          */
402         uint64_t                *prio_buckets;
403         uint64_t                *prio_last_buckets;
404
405         /*
406          * free: Buckets that are ready to be used
407          *
408          * free_inc: Incoming buckets - these are buckets that currently have
409          * cached data in them, and we can't reuse them until after we write
410          * their new gen to disk. After prio_write() finishes writing the new
411          * gens/prios, they'll be moved to the free list (and possibly discarded
412          * in the process)
413          */
414         DECLARE_FIFO(long, free)[RESERVE_NR];
415         DECLARE_FIFO(long, free_inc);
416
417         size_t                  fifo_last_bucket;
418
419         /* Allocation stuff: */
420         struct bucket           *buckets;
421
422         DECLARE_HEAP(struct bucket *, heap);
423
424         /*
425          * If nonzero, we know we aren't going to find any buckets to invalidate
426          * until a gc finishes - otherwise we could pointlessly burn a ton of
427          * cpu
428          */
429         unsigned                invalidate_needs_gc;
430
431         bool                    discard; /* Get rid of? */
432
433         struct journal_device   journal;
434
435         /* The rest of this all shows up in sysfs */
436 #define IO_ERROR_SHIFT          20
437         atomic_t                io_errors;
438         atomic_t                io_count;
439
440         atomic_long_t           meta_sectors_written;
441         atomic_long_t           btree_sectors_written;
442         atomic_long_t           sectors_written;
443 };
444
445 struct gc_stat {
446         size_t                  nodes;
447         size_t                  key_bytes;
448
449         size_t                  nkeys;
450         uint64_t                data;   /* sectors */
451         unsigned                in_use; /* percent */
452 };
453
454 /*
455  * Flag bits, for how the cache set is shutting down, and what phase it's at:
456  *
457  * CACHE_SET_UNREGISTERING means we're not just shutting down, we're detaching
458  * all the backing devices first (their cached data gets invalidated, and they
459  * won't automatically reattach).
460  *
461  * CACHE_SET_STOPPING always gets set first when we're closing down a cache set;
462  * we'll continue to run normally for awhile with CACHE_SET_STOPPING set (i.e.
463  * flushing dirty data).
464  *
465  * CACHE_SET_RUNNING means all cache devices have been registered and journal
466  * replay is complete.
467  */
468 #define CACHE_SET_UNREGISTERING         0
469 #define CACHE_SET_STOPPING              1
470 #define CACHE_SET_RUNNING               2
471
472 struct cache_set {
473         struct closure          cl;
474
475         struct list_head        list;
476         struct kobject          kobj;
477         struct kobject          internal;
478         struct dentry           *debug;
479         struct cache_accounting accounting;
480
481         unsigned long           flags;
482
483         struct cache_sb         sb;
484
485         struct cache            *cache[MAX_CACHES_PER_SET];
486         struct cache            *cache_by_alloc[MAX_CACHES_PER_SET];
487         int                     caches_loaded;
488
489         struct bcache_device    **devices;
490         struct list_head        cached_devs;
491         uint64_t                cached_dev_sectors;
492         struct closure          caching;
493
494         struct closure          sb_write;
495         struct semaphore        sb_write_mutex;
496
497         mempool_t               *search;
498         mempool_t               *bio_meta;
499         struct bio_set          *bio_split;
500
501         /* For the btree cache */
502         struct shrinker         shrink;
503
504         /* For the btree cache and anything allocation related */
505         struct mutex            bucket_lock;
506
507         /* log2(bucket_size), in sectors */
508         unsigned short          bucket_bits;
509
510         /* log2(block_size), in sectors */
511         unsigned short          block_bits;
512
513         /*
514          * Default number of pages for a new btree node - may be less than a
515          * full bucket
516          */
517         unsigned                btree_pages;
518
519         /*
520          * Lists of struct btrees; lru is the list for structs that have memory
521          * allocated for actual btree node, freed is for structs that do not.
522          *
523          * We never free a struct btree, except on shutdown - we just put it on
524          * the btree_cache_freed list and reuse it later. This simplifies the
525          * code, and it doesn't cost us much memory as the memory usage is
526          * dominated by buffers that hold the actual btree node data and those
527          * can be freed - and the number of struct btrees allocated is
528          * effectively bounded.
529          *
530          * btree_cache_freeable effectively is a small cache - we use it because
531          * high order page allocations can be rather expensive, and it's quite
532          * common to delete and allocate btree nodes in quick succession. It
533          * should never grow past ~2-3 nodes in practice.
534          */
535         struct list_head        btree_cache;
536         struct list_head        btree_cache_freeable;
537         struct list_head        btree_cache_freed;
538
539         /* Number of elements in btree_cache + btree_cache_freeable lists */
540         unsigned                btree_cache_used;
541
542         /*
543          * If we need to allocate memory for a new btree node and that
544          * allocation fails, we can cannibalize another node in the btree cache
545          * to satisfy the allocation - lock to guarantee only one thread does
546          * this at a time:
547          */
548         wait_queue_head_t       btree_cache_wait;
549         struct task_struct      *btree_cache_alloc_lock;
550         spinlock_t              btree_cannibalize_lock;
551
552         /*
553          * When we free a btree node, we increment the gen of the bucket the
554          * node is in - but we can't rewrite the prios and gens until we
555          * finished whatever it is we were doing, otherwise after a crash the
556          * btree node would be freed but for say a split, we might not have the
557          * pointers to the new nodes inserted into the btree yet.
558          *
559          * This is a refcount that blocks prio_write() until the new keys are
560          * written.
561          */
562         atomic_t                prio_blocked;
563         wait_queue_head_t       bucket_wait;
564
565         /*
566          * For any bio we don't skip we subtract the number of sectors from
567          * rescale; when it hits 0 we rescale all the bucket priorities.
568          */
569         atomic_t                rescale;
570         /*
571          * When we invalidate buckets, we use both the priority and the amount
572          * of good data to determine which buckets to reuse first - to weight
573          * those together consistently we keep track of the smallest nonzero
574          * priority of any bucket.
575          */
576         uint16_t                min_prio;
577
578         /*
579          * max(gen - last_gc) for all buckets. When it gets too big we have to gc
580          * to keep gens from wrapping around.
581          */
582         uint8_t                 need_gc;
583         struct gc_stat          gc_stats;
584         size_t                  nbuckets;
585
586         struct task_struct      *gc_thread;
587         /* Where in the btree gc currently is */
588         struct bkey             gc_done;
589
590         /*
591          * The allocation code needs gc_mark in struct bucket to be correct, but
592          * it's not while a gc is in progress. Protected by bucket_lock.
593          */
594         int                     gc_mark_valid;
595
596         /* Counts how many sectors bio_insert has added to the cache */
597         atomic_t                sectors_to_gc;
598         wait_queue_head_t       gc_wait;
599
600         struct keybuf           moving_gc_keys;
601         /* Number of moving GC bios in flight */
602         struct semaphore        moving_in_flight;
603
604         struct workqueue_struct *moving_gc_wq;
605
606         struct btree            *root;
607
608 #ifdef CONFIG_BCACHE_DEBUG
609         struct btree            *verify_data;
610         struct bset             *verify_ondisk;
611         struct mutex            verify_lock;
612 #endif
613
614         unsigned                nr_uuids;
615         struct uuid_entry       *uuids;
616         BKEY_PADDED(uuid_bucket);
617         struct closure          uuid_write;
618         struct semaphore        uuid_write_mutex;
619
620         /*
621          * A btree node on disk could have too many bsets for an iterator to fit
622          * on the stack - have to dynamically allocate them
623          */
624         mempool_t               *fill_iter;
625
626         struct bset_sort_state  sort;
627
628         /* List of buckets we're currently writing data to */
629         struct list_head        data_buckets;
630         spinlock_t              data_bucket_lock;
631
632         struct journal          journal;
633
634 #define CONGESTED_MAX           1024
635         unsigned                congested_last_us;
636         atomic_t                congested;
637
638         /* The rest of this all shows up in sysfs */
639         unsigned                congested_read_threshold_us;
640         unsigned                congested_write_threshold_us;
641
642         struct time_stats       btree_gc_time;
643         struct time_stats       btree_split_time;
644         struct time_stats       btree_read_time;
645
646         atomic_long_t           cache_read_races;
647         atomic_long_t           writeback_keys_done;
648         atomic_long_t           writeback_keys_failed;
649
650         enum                    {
651                 ON_ERROR_UNREGISTER,
652                 ON_ERROR_PANIC,
653         }                       on_error;
654         unsigned                error_limit;
655         unsigned                error_decay;
656
657         unsigned short          journal_delay_ms;
658         bool                    expensive_debug_checks;
659         unsigned                verify:1;
660         unsigned                key_merging_disabled:1;
661         unsigned                gc_always_rewrite:1;
662         unsigned                shrinker_disabled:1;
663         unsigned                copy_gc_enabled:1;
664
665 #define BUCKET_HASH_BITS        12
666         struct hlist_head       bucket_hash[1 << BUCKET_HASH_BITS];
667 };
668
669 struct bbio {
670         unsigned                submit_time_us;
671         union {
672                 struct bkey     key;
673                 uint64_t        _pad[3];
674                 /*
675                  * We only need pad = 3 here because we only ever carry around a
676                  * single pointer - i.e. the pointer we're doing io to/from.
677                  */
678         };
679         struct bio              bio;
680 };
681
682 #define BTREE_PRIO              USHRT_MAX
683 #define INITIAL_PRIO            32768U
684
685 #define btree_bytes(c)          ((c)->btree_pages * PAGE_SIZE)
686 #define btree_blocks(b)                                                 \
687         ((unsigned) (KEY_SIZE(&b->key) >> (b)->c->block_bits))
688
689 #define btree_default_blocks(c)                                         \
690         ((unsigned) ((PAGE_SECTORS * (c)->btree_pages) >> (c)->block_bits))
691
692 #define bucket_pages(c)         ((c)->sb.bucket_size / PAGE_SECTORS)
693 #define bucket_bytes(c)         ((c)->sb.bucket_size << 9)
694 #define block_bytes(c)          ((c)->sb.block_size << 9)
695
696 #define prios_per_bucket(c)                             \
697         ((bucket_bytes(c) - sizeof(struct prio_set)) /  \
698          sizeof(struct bucket_disk))
699 #define prio_buckets(c)                                 \
700         DIV_ROUND_UP((size_t) (c)->sb.nbuckets, prios_per_bucket(c))
701
702 static inline size_t sector_to_bucket(struct cache_set *c, sector_t s)
703 {
704         return s >> c->bucket_bits;
705 }
706
707 static inline sector_t bucket_to_sector(struct cache_set *c, size_t b)
708 {
709         return ((sector_t) b) << c->bucket_bits;
710 }
711
712 static inline sector_t bucket_remainder(struct cache_set *c, sector_t s)
713 {
714         return s & (c->sb.bucket_size - 1);
715 }
716
717 static inline struct cache *PTR_CACHE(struct cache_set *c,
718                                       const struct bkey *k,
719                                       unsigned ptr)
720 {
721         return c->cache[PTR_DEV(k, ptr)];
722 }
723
724 static inline size_t PTR_BUCKET_NR(struct cache_set *c,
725                                    const struct bkey *k,
726                                    unsigned ptr)
727 {
728         return sector_to_bucket(c, PTR_OFFSET(k, ptr));
729 }
730
731 static inline struct bucket *PTR_BUCKET(struct cache_set *c,
732                                         const struct bkey *k,
733                                         unsigned ptr)
734 {
735         return PTR_CACHE(c, k, ptr)->buckets + PTR_BUCKET_NR(c, k, ptr);
736 }
737
738 static inline uint8_t gen_after(uint8_t a, uint8_t b)
739 {
740         uint8_t r = a - b;
741         return r > 128U ? 0 : r;
742 }
743
744 static inline uint8_t ptr_stale(struct cache_set *c, const struct bkey *k,
745                                 unsigned i)
746 {
747         return gen_after(PTR_BUCKET(c, k, i)->gen, PTR_GEN(k, i));
748 }
749
750 static inline bool ptr_available(struct cache_set *c, const struct bkey *k,
751                                  unsigned i)
752 {
753         return (PTR_DEV(k, i) < MAX_CACHES_PER_SET) && PTR_CACHE(c, k, i);
754 }
755
756 /* Btree key macros */
757
758 /*
759  * This is used for various on disk data structures - cache_sb, prio_set, bset,
760  * jset: The checksum is _always_ the first 8 bytes of these structs
761  */
762 #define csum_set(i)                                                     \
763         bch_crc64(((void *) (i)) + sizeof(uint64_t),                    \
764                   ((void *) bset_bkey_last(i)) -                        \
765                   (((void *) (i)) + sizeof(uint64_t)))
766
767 /* Error handling macros */
768
769 #define btree_bug(b, ...)                                               \
770 do {                                                                    \
771         if (bch_cache_set_error((b)->c, __VA_ARGS__))                   \
772                 dump_stack();                                           \
773 } while (0)
774
775 #define cache_bug(c, ...)                                               \
776 do {                                                                    \
777         if (bch_cache_set_error(c, __VA_ARGS__))                        \
778                 dump_stack();                                           \
779 } while (0)
780
781 #define btree_bug_on(cond, b, ...)                                      \
782 do {                                                                    \
783         if (cond)                                                       \
784                 btree_bug(b, __VA_ARGS__);                              \
785 } while (0)
786
787 #define cache_bug_on(cond, c, ...)                                      \
788 do {                                                                    \
789         if (cond)                                                       \
790                 cache_bug(c, __VA_ARGS__);                              \
791 } while (0)
792
793 #define cache_set_err_on(cond, c, ...)                                  \
794 do {                                                                    \
795         if (cond)                                                       \
796                 bch_cache_set_error(c, __VA_ARGS__);                    \
797 } while (0)
798
799 /* Looping macros */
800
801 #define for_each_cache(ca, cs, iter)                                    \
802         for (iter = 0; ca = cs->cache[iter], iter < (cs)->sb.nr_in_set; iter++)
803
804 #define for_each_bucket(b, ca)                                          \
805         for (b = (ca)->buckets + (ca)->sb.first_bucket;                 \
806              b < (ca)->buckets + (ca)->sb.nbuckets; b++)
807
808 static inline void cached_dev_put(struct cached_dev *dc)
809 {
810         if (atomic_dec_and_test(&dc->count))
811                 schedule_work(&dc->detach);
812 }
813
814 static inline bool cached_dev_get(struct cached_dev *dc)
815 {
816         if (!atomic_inc_not_zero(&dc->count))
817                 return false;
818
819         /* Paired with the mb in cached_dev_attach */
820         smp_mb__after_atomic();
821         return true;
822 }
823
824 /*
825  * bucket_gc_gen() returns the difference between the bucket's current gen and
826  * the oldest gen of any pointer into that bucket in the btree (last_gc).
827  */
828
829 static inline uint8_t bucket_gc_gen(struct bucket *b)
830 {
831         return b->gen - b->last_gc;
832 }
833
834 #define BUCKET_GC_GEN_MAX       96U
835
836 #define kobj_attribute_write(n, fn)                                     \
837         static struct kobj_attribute ksysfs_##n = __ATTR(n, S_IWUSR, NULL, fn)
838
839 #define kobj_attribute_rw(n, show, store)                               \
840         static struct kobj_attribute ksysfs_##n =                       \
841                 __ATTR(n, S_IWUSR|S_IRUSR, show, store)
842
843 static inline void wake_up_allocators(struct cache_set *c)
844 {
845         struct cache *ca;
846         unsigned i;
847
848         for_each_cache(ca, c, i)
849                 wake_up_process(ca->alloc_thread);
850 }
851
852 /* Forward declarations */
853
854 void bch_count_io_errors(struct cache *, int, const char *);
855 void bch_bbio_count_io_errors(struct cache_set *, struct bio *,
856                               int, const char *);
857 void bch_bbio_endio(struct cache_set *, struct bio *, int, const char *);
858 void bch_bbio_free(struct bio *, struct cache_set *);
859 struct bio *bch_bbio_alloc(struct cache_set *);
860
861 void __bch_submit_bbio(struct bio *, struct cache_set *);
862 void bch_submit_bbio(struct bio *, struct cache_set *, struct bkey *, unsigned);
863
864 uint8_t bch_inc_gen(struct cache *, struct bucket *);
865 void bch_rescale_priorities(struct cache_set *, int);
866
867 bool bch_can_invalidate_bucket(struct cache *, struct bucket *);
868 void __bch_invalidate_one_bucket(struct cache *, struct bucket *);
869
870 void __bch_bucket_free(struct cache *, struct bucket *);
871 void bch_bucket_free(struct cache_set *, struct bkey *);
872
873 long bch_bucket_alloc(struct cache *, unsigned, bool);
874 int __bch_bucket_alloc_set(struct cache_set *, unsigned,
875                            struct bkey *, int, bool);
876 int bch_bucket_alloc_set(struct cache_set *, unsigned,
877                          struct bkey *, int, bool);
878 bool bch_alloc_sectors(struct cache_set *, struct bkey *, unsigned,
879                        unsigned, unsigned, bool);
880
881 __printf(2, 3)
882 bool bch_cache_set_error(struct cache_set *, const char *, ...);
883
884 void bch_prio_write(struct cache *);
885 void bch_write_bdev_super(struct cached_dev *, struct closure *);
886
887 extern struct workqueue_struct *bcache_wq;
888 extern const char * const bch_cache_modes[];
889 extern struct mutex bch_register_lock;
890 extern struct list_head bch_cache_sets;
891
892 extern struct kobj_type bch_cached_dev_ktype;
893 extern struct kobj_type bch_flash_dev_ktype;
894 extern struct kobj_type bch_cache_set_ktype;
895 extern struct kobj_type bch_cache_set_internal_ktype;
896 extern struct kobj_type bch_cache_ktype;
897
898 void bch_cached_dev_release(struct kobject *);
899 void bch_flash_dev_release(struct kobject *);
900 void bch_cache_set_release(struct kobject *);
901 void bch_cache_release(struct kobject *);
902
903 int bch_uuid_write(struct cache_set *);
904 void bcache_write_super(struct cache_set *);
905
906 int bch_flash_dev_create(struct cache_set *c, uint64_t size);
907
908 int bch_cached_dev_attach(struct cached_dev *, struct cache_set *, uint8_t *);
909 void bch_cached_dev_detach(struct cached_dev *);
910 void bch_cached_dev_run(struct cached_dev *);
911 void bcache_device_stop(struct bcache_device *);
912
913 void bch_cache_set_unregister(struct cache_set *);
914 void bch_cache_set_stop(struct cache_set *);
915
916 struct cache_set *bch_cache_set_alloc(struct cache_sb *);
917 void bch_btree_cache_free(struct cache_set *);
918 int bch_btree_cache_alloc(struct cache_set *);
919 void bch_moving_init_cache_set(struct cache_set *);
920 int bch_open_buckets_alloc(struct cache_set *);
921 void bch_open_buckets_free(struct cache_set *);
922
923 int bch_cache_allocator_start(struct cache *ca);
924
925 void bch_debug_exit(void);
926 int bch_debug_init(struct kobject *);
927 void bch_request_exit(void);
928 int bch_request_init(void);
929
930 #endif /* _BCACHE_H */