Pileus Git - ~andy/linux/blob - drivers/md/bcache/bset.c

   1 /*
   2  * Code for working with individual keys, and sorted sets of keys with in a
   3  * btree node
   4  *
   5  * Copyright 2012 Google, Inc.
   6  */
   7
   8 #include "bcache.h"
   9 #include "btree.h"
  10 #include "debug.h"
  11
  12 #include <linux/random.h>
  13 #include <linux/prefetch.h>
  14
  15 /* Keylists */
  16
  17 int bch_keylist_realloc(struct keylist *l, int nptrs, struct cache_set *c)
  18 {
  19         size_t oldsize = bch_keylist_nkeys(l);
  20         size_t newsize = oldsize + 2 + nptrs;
  21         uint64_t *old_keys = l->keys_p == l->inline_keys ? NULL : l->keys_p;
  22         uint64_t *new_keys;
  23
  24         /* The journalling code doesn't handle the case where the keys to insert
  25          * is bigger than an empty write: If we just return -ENOMEM here,
  26          * bio_insert() and bio_invalidate() will insert the keys created so far
  27          * and finish the rest when the keylist is empty.
  28          */
  29         if (newsize * sizeof(uint64_t) > block_bytes(c) - sizeof(struct jset))
  30                 return -ENOMEM;
  31
  32         newsize = roundup_pow_of_two(newsize);
  33
  34         if (newsize <= KEYLIST_INLINE ||
  35             roundup_pow_of_two(oldsize) == newsize)
  36                 return 0;
  37
  38         new_keys = krealloc(old_keys, sizeof(uint64_t) * newsize, GFP_NOIO);
  39
  40         if (!new_keys)
  41                 return -ENOMEM;
  42
  43         if (!old_keys)
  44                 memcpy(new_keys, l->inline_keys, sizeof(uint64_t) * oldsize);
  45
  46         l->keys_p = new_keys;
  47         l->top_p = new_keys + oldsize;
  48
  49         return 0;
  50 }
  51
  52 struct bkey *bch_keylist_pop(struct keylist *l)
  53 {
  54         struct bkey *k = l->keys;
  55
  56         if (k == l->top)
  57                 return NULL;
  58
  59         while (bkey_next(k) != l->top)
  60                 k = bkey_next(k);
  61
  62         return l->top = k;
  63 }
  64
  65 void bch_keylist_pop_front(struct keylist *l)
  66 {
  67         l->top_p -= bkey_u64s(l->keys);
  68
  69         memmove(l->keys,
  70                 bkey_next(l->keys),
  71                 bch_keylist_bytes(l));
  72 }
  73
  74 /* Pointer validation */
  75
  76 static bool __ptr_invalid(struct cache_set *c, const struct bkey *k)
  77 {
  78         unsigned i;
  79
  80         for (i = 0; i < KEY_PTRS(k); i++)
  81                 if (ptr_available(c, k, i)) {
  82                         struct cache *ca = PTR_CACHE(c, k, i);
  83                         size_t bucket = PTR_BUCKET_NR(c, k, i);
  84                         size_t r = bucket_remainder(c, PTR_OFFSET(k, i));
  85
  86                         if (KEY_SIZE(k) + r > c->sb.bucket_size ||
  87                             bucket <  ca->sb.first_bucket ||
  88                             bucket >= ca->sb.nbuckets)
  89                                 return true;
  90                 }
  91
  92         return false;
  93 }
  94
  95 bool bch_btree_ptr_invalid(struct cache_set *c, const struct bkey *k)
  96 {
  97         char buf[80];
  98
  99         if (!KEY_PTRS(k) || !KEY_SIZE(k) || KEY_DIRTY(k))
 100                 goto bad;
 101
 102         if (__ptr_invalid(c, k))
 103                 goto bad;
 104
 105         return false;
 106 bad:
 107         bch_bkey_to_text(buf, sizeof(buf), k);
 108         cache_bug(c, "spotted btree ptr %s: %s", buf, bch_ptr_status(c, k));
 109         return true;
 110 }
 111
 112 bool bch_extent_ptr_invalid(struct cache_set *c, const struct bkey *k)
 113 {
 114         char buf[80];
 115
 116         if (!KEY_SIZE(k))
 117                 return true;
 118
 119         if (KEY_SIZE(k) > KEY_OFFSET(k))
 120                 goto bad;
 121
 122         if (__ptr_invalid(c, k))
 123                 goto bad;
 124
 125         return false;
 126 bad:
 127         bch_bkey_to_text(buf, sizeof(buf), k);
 128         cache_bug(c, "spotted extent %s: %s", buf, bch_ptr_status(c, k));
 129         return true;
 130 }
 131
 132 static bool ptr_bad_expensive_checks(struct btree *b, const struct bkey *k,
 133                                      unsigned ptr)
 134 {
 135         struct bucket *g = PTR_BUCKET(b->c, k, ptr);
 136         char buf[80];
 137
 138         if (mutex_trylock(&b->c->bucket_lock)) {
 139                 if (b->level) {
 140                         if (KEY_DIRTY(k) ||
 141                             g->prio != BTREE_PRIO ||
 142                             (b->c->gc_mark_valid &&
 143                              GC_MARK(g) != GC_MARK_METADATA))
 144                                 goto err;
 145
 146                 } else {
 147                         if (g->prio == BTREE_PRIO)
 148                                 goto err;
 149
 150                         if (KEY_DIRTY(k) &&
 151                             b->c->gc_mark_valid &&
 152                             GC_MARK(g) != GC_MARK_DIRTY)
 153                                 goto err;
 154                 }
 155                 mutex_unlock(&b->c->bucket_lock);
 156         }
 157
 158         return false;
 159 err:
 160         mutex_unlock(&b->c->bucket_lock);
 161         bch_bkey_to_text(buf, sizeof(buf), k);
 162         btree_bug(b,
 163 "inconsistent pointer %s: bucket %zu pin %i prio %i gen %i last_gc %i mark %llu gc_gen %i",
 164                   buf, PTR_BUCKET_NR(b->c, k, ptr), atomic_read(&g->pin),
 165                   g->prio, g->gen, g->last_gc, GC_MARK(g), g->gc_gen);
 166         return true;
 167 }
 168
 169 bool bch_ptr_bad(struct btree *b, const struct bkey *k)
 170 {
 171         struct bucket *g;
 172         unsigned i, stale;
 173
 174         if (!bkey_cmp(k, &ZERO_KEY) ||
 175             !KEY_PTRS(k) ||
 176             bch_ptr_invalid(b, k))
 177                 return true;
 178
 179         for (i = 0; i < KEY_PTRS(k); i++) {
 180                 if (!ptr_available(b->c, k, i))
 181                         return true;
 182
 183                 g = PTR_BUCKET(b->c, k, i);
 184                 stale = ptr_stale(b->c, k, i);
 185
 186                 btree_bug_on(stale > 96, b,
 187                              "key too stale: %i, need_gc %u",
 188                              stale, b->c->need_gc);
 189
 190                 btree_bug_on(stale && KEY_DIRTY(k) && KEY_SIZE(k),
 191                              b, "stale dirty pointer");
 192
 193                 if (stale)
 194                         return true;
 195
 196                 if (expensive_debug_checks(b->c) &&
 197                     ptr_bad_expensive_checks(b, k, i))
 198                         return true;
 199         }
 200
 201         return false;
 202 }
 203
 204 /* Key/pointer manipulation */
 205
 206 void bch_bkey_copy_single_ptr(struct bkey *dest, const struct bkey *src,
 207                               unsigned i)
 208 {
 209         BUG_ON(i > KEY_PTRS(src));
 210
 211         /* Only copy the header, key, and one pointer. */
 212         memcpy(dest, src, 2 * sizeof(uint64_t));
 213         dest->ptr[0] = src->ptr[i];
 214         SET_KEY_PTRS(dest, 1);
 215         /* We didn't copy the checksum so clear that bit. */
 216         SET_KEY_CSUM(dest, 0);
 217 }
 218
 219 bool __bch_cut_front(const struct bkey *where, struct bkey *k)
 220 {
 221         unsigned i, len = 0;
 222
 223         if (bkey_cmp(where, &START_KEY(k)) <= 0)
 224                 return false;
 225
 226         if (bkey_cmp(where, k) < 0)
 227                 len = KEY_OFFSET(k) - KEY_OFFSET(where);
 228         else
 229                 bkey_copy_key(k, where);
 230
 231         for (i = 0; i < KEY_PTRS(k); i++)
 232                 SET_PTR_OFFSET(k, i, PTR_OFFSET(k, i) + KEY_SIZE(k) - len);
 233
 234         BUG_ON(len > KEY_SIZE(k));
 235         SET_KEY_SIZE(k, len);
 236         return true;
 237 }
 238
 239 bool __bch_cut_back(const struct bkey *where, struct bkey *k)
 240 {
 241         unsigned len = 0;
 242
 243         if (bkey_cmp(where, k) >= 0)
 244                 return false;
 245
 246         BUG_ON(KEY_INODE(where) != KEY_INODE(k));
 247
 248         if (bkey_cmp(where, &START_KEY(k)) > 0)
 249                 len = KEY_OFFSET(where) - KEY_START(k);
 250
 251         bkey_copy_key(k, where);
 252
 253         BUG_ON(len > KEY_SIZE(k));
 254         SET_KEY_SIZE(k, len);
 255         return true;
 256 }
 257
 258 static uint64_t merge_chksums(struct bkey *l, struct bkey *r)
 259 {
 260         return (l->ptr[KEY_PTRS(l)] + r->ptr[KEY_PTRS(r)]) &
 261                 ~((uint64_t)1 << 63);
 262 }
 263
 264 /* Tries to merge l and r: l should be lower than r
 265  * Returns true if we were able to merge. If we did merge, l will be the merged
 266  * key, r will be untouched.
 267  */
 268 bool bch_bkey_try_merge(struct btree *b, struct bkey *l, struct bkey *r)
 269 {
 270         unsigned i;
 271
 272         if (key_merging_disabled(b->c))
 273                 return false;
 274
 275         if (KEY_PTRS(l) != KEY_PTRS(r) ||
 276             KEY_DIRTY(l) != KEY_DIRTY(r) ||
 277             bkey_cmp(l, &START_KEY(r)))
 278                 return false;
 279
 280         for (i = 0; i < KEY_PTRS(l); i++)
 281                 if (l->ptr[i] + PTR(0, KEY_SIZE(l), 0) != r->ptr[i] ||
 282                     PTR_BUCKET_NR(b->c, l, i) != PTR_BUCKET_NR(b->c, r, i))
 283                         return false;
 284
 285         /* Keys with no pointers aren't restricted to one bucket and could
 286          * overflow KEY_SIZE
 287          */
 288         if (KEY_SIZE(l) + KEY_SIZE(r) > USHRT_MAX) {
 289                 SET_KEY_OFFSET(l, KEY_OFFSET(l) + USHRT_MAX - KEY_SIZE(l));
 290                 SET_KEY_SIZE(l, USHRT_MAX);
 291
 292                 bch_cut_front(l, r);
 293                 return false;
 294         }
 295
 296         if (KEY_CSUM(l)) {
 297                 if (KEY_CSUM(r))
 298                         l->ptr[KEY_PTRS(l)] = merge_chksums(l, r);
 299                 else
 300                         SET_KEY_CSUM(l, 0);
 301         }
 302
 303         SET_KEY_OFFSET(l, KEY_OFFSET(l) + KEY_SIZE(r));
 304         SET_KEY_SIZE(l, KEY_SIZE(l) + KEY_SIZE(r));
 305
 306         return true;
 307 }
 308
 309 /* Binary tree stuff for auxiliary search trees */
 310
 311 static unsigned inorder_next(unsigned j, unsigned size)
 312 {
 313         if (j * 2 + 1 < size) {
 314                 j = j * 2 + 1;
 315
 316                 while (j * 2 < size)
 317                         j *= 2;
 318         } else
 319                 j >>= ffz(j) + 1;
 320
 321         return j;
 322 }
 323
 324 static unsigned inorder_prev(unsigned j, unsigned size)
 325 {
 326         if (j * 2 < size) {
 327                 j = j * 2;
 328
 329                 while (j * 2 + 1 < size)
 330                         j = j * 2 + 1;
 331         } else
 332                 j >>= ffs(j);
 333
 334         return j;
 335 }
 336
 337 /* I have no idea why this code works... and I'm the one who wrote it
 338  *
 339  * However, I do know what it does:
 340  * Given a binary tree constructed in an array (i.e. how you normally implement
 341  * a heap), it converts a node in the tree - referenced by array index - to the
 342  * index it would have if you did an inorder traversal.
 343  *
 344  * Also tested for every j, size up to size somewhere around 6 million.
 345  *
 346  * The binary tree starts at array index 1, not 0
 347  * extra is a function of size:
 348  *   extra = (size - rounddown_pow_of_two(size - 1)) << 1;
 349  */
 350 static unsigned __to_inorder(unsigned j, unsigned size, unsigned extra)
 351 {
 352         unsigned b = fls(j);
 353         unsigned shift = fls(size - 1) - b;
 354
 355         j  ^= 1U << (b - 1);
 356         j <<= 1;
 357         j  |= 1;
 358         j <<= shift;
 359
 360         if (j > extra)
 361                 j -= (j - extra) >> 1;
 362
 363         return j;
 364 }
 365
 366 static unsigned to_inorder(unsigned j, struct bset_tree *t)
 367 {
 368         return __to_inorder(j, t->size, t->extra);
 369 }
 370
 371 static unsigned __inorder_to_tree(unsigned j, unsigned size, unsigned extra)
 372 {
 373         unsigned shift;
 374
 375         if (j > extra)
 376                 j += j - extra;
 377
 378         shift = ffs(j);
 379
 380         j >>= shift;
 381         j  |= roundup_pow_of_two(size) >> shift;
 382
 383         return j;
 384 }
 385
 386 static unsigned inorder_to_tree(unsigned j, struct bset_tree *t)
 387 {
 388         return __inorder_to_tree(j, t->size, t->extra);
 389 }
 390
 391 #if 0
 392 void inorder_test(void)
 393 {
 394         unsigned long done = 0;
 395         ktime_t start = ktime_get();
 396
 397         for (unsigned size = 2;
 398              size < 65536000;
 399              size++) {
 400                 unsigned extra = (size - rounddown_pow_of_two(size - 1)) << 1;
 401                 unsigned i = 1, j = rounddown_pow_of_two(size - 1);
 402
 403                 if (!(size % 4096))
 404                         printk(KERN_NOTICE "loop %u, %llu per us\n", size,
 405                                done / ktime_us_delta(ktime_get(), start));
 406
 407                 while (1) {
 408                         if (__inorder_to_tree(i, size, extra) != j)
 409                                 panic("size %10u j %10u i %10u", size, j, i);
 410
 411                         if (__to_inorder(j, size, extra) != i)
 412                                 panic("size %10u j %10u i %10u", size, j, i);
 413
 414                         if (j == rounddown_pow_of_two(size) - 1)
 415                                 break;
 416
 417                         BUG_ON(inorder_prev(inorder_next(j, size), size) != j);
 418
 419                         j = inorder_next(j, size);
 420                         i++;
 421                 }
 422
 423                 done += size - 1;
 424         }
 425 }
 426 #endif
 427
 428 /*
 429  * Cacheline/offset <-> bkey pointer arithmetic:
 430  *
 431  * t->tree is a binary search tree in an array; each node corresponds to a key
 432  * in one cacheline in t->set (BSET_CACHELINE bytes).
 433  *
 434  * This means we don't have to store the full index of the key that a node in
 435  * the binary tree points to; to_inorder() gives us the cacheline, and then
 436  * bkey_float->m gives us the offset within that cacheline, in units of 8 bytes.
 437  *
 438  * cacheline_to_bkey() and friends abstract out all the pointer arithmetic to
 439  * make this work.
 440  *
 441  * To construct the bfloat for an arbitrary key we need to know what the key
 442  * immediately preceding it is: we have to check if the two keys differ in the
 443  * bits we're going to store in bkey_float->mantissa. t->prev[j] stores the size
 444  * of the previous key so we can walk backwards to it from t->tree[j]'s key.
 445  */
 446
 447 static struct bkey *cacheline_to_bkey(struct bset_tree *t, unsigned cacheline,
 448                                       unsigned offset)
 449 {
 450         return ((void *) t->data) + cacheline * BSET_CACHELINE + offset * 8;
 451 }
 452
 453 static unsigned bkey_to_cacheline(struct bset_tree *t, struct bkey *k)
 454 {
 455         return ((void *) k - (void *) t->data) / BSET_CACHELINE;
 456 }
 457
 458 static unsigned bkey_to_cacheline_offset(struct bkey *k)
 459 {
 460         return ((size_t) k & (BSET_CACHELINE - 1)) / sizeof(uint64_t);
 461 }
 462
 463 static struct bkey *tree_to_bkey(struct bset_tree *t, unsigned j)
 464 {
 465         return cacheline_to_bkey(t, to_inorder(j, t), t->tree[j].m);
 466 }
 467
 468 static struct bkey *tree_to_prev_bkey(struct bset_tree *t, unsigned j)
 469 {
 470         return (void *) (((uint64_t *) tree_to_bkey(t, j)) - t->prev[j]);
 471 }
 472
 473 /*
 474  * For the write set - the one we're currently inserting keys into - we don't
 475  * maintain a full search tree, we just keep a simple lookup table in t->prev.
 476  */
 477 static struct bkey *table_to_bkey(struct bset_tree *t, unsigned cacheline)
 478 {
 479         return cacheline_to_bkey(t, cacheline, t->prev[cacheline]);
 480 }
 481
 482 static inline uint64_t shrd128(uint64_t high, uint64_t low, uint8_t shift)
 483 {
 484         low >>= shift;
 485         low  |= (high << 1) << (63U - shift);
 486         return low;
 487 }
 488
 489 static inline unsigned bfloat_mantissa(const struct bkey *k,
 490                                        struct bkey_float *f)
 491 {
 492         const uint64_t *p = &k->low - (f->exponent >> 6);
 493         return shrd128(p[-1], p[0], f->exponent & 63) & BKEY_MANTISSA_MASK;
 494 }
 495
 496 static void make_bfloat(struct bset_tree *t, unsigned j)
 497 {
 498         struct bkey_float *f = &t->tree[j];
 499         struct bkey *m = tree_to_bkey(t, j);
 500         struct bkey *p = tree_to_prev_bkey(t, j);
 501
 502         struct bkey *l = is_power_of_2(j)
 503                 ? t->data->start
 504                 : tree_to_prev_bkey(t, j >> ffs(j));
 505
 506         struct bkey *r = is_power_of_2(j + 1)
 507                 ? node(t->data, t->data->keys - bkey_u64s(&t->end))
 508                 : tree_to_bkey(t, j >> (ffz(j) + 1));
 509
 510         BUG_ON(m < l || m > r);
 511         BUG_ON(bkey_next(p) != m);
 512
 513         if (KEY_INODE(l) != KEY_INODE(r))
 514                 f->exponent = fls64(KEY_INODE(r) ^ KEY_INODE(l)) + 64;
 515         else
 516                 f->exponent = fls64(r->low ^ l->low);
 517
 518         f->exponent = max_t(int, f->exponent - BKEY_MANTISSA_BITS, 0);
 519
 520         /*
 521          * Setting f->exponent = 127 flags this node as failed, and causes the
 522          * lookup code to fall back to comparing against the original key.
 523          */
 524
 525         if (bfloat_mantissa(m, f) != bfloat_mantissa(p, f))
 526                 f->mantissa = bfloat_mantissa(m, f) - 1;
 527         else
 528                 f->exponent = 127;
 529 }
 530
 531 static void bset_alloc_tree(struct btree *b, struct bset_tree *t)
 532 {
 533         if (t != b->sets) {
 534                 unsigned j = roundup(t[-1].size,
 535                                      64 / sizeof(struct bkey_float));
 536
 537                 t->tree = t[-1].tree + j;
 538                 t->prev = t[-1].prev + j;
 539         }
 540
 541         while (t < b->sets + MAX_BSETS)
 542                 t++->size = 0;
 543 }
 544
 545 static void bset_build_unwritten_tree(struct btree *b)
 546 {
 547         struct bset_tree *t = b->sets + b->nsets;
 548
 549         bset_alloc_tree(b, t);
 550
 551         if (t->tree != b->sets->tree + bset_tree_space(b)) {
 552                 t->prev[0] = bkey_to_cacheline_offset(t->data->start);
 553                 t->size = 1;
 554         }
 555 }
 556
 557 static void bset_build_written_tree(struct btree *b)
 558 {
 559         struct bset_tree *t = b->sets + b->nsets;
 560         struct bkey *k = t->data->start;
 561         unsigned j, cacheline = 1;
 562
 563         bset_alloc_tree(b, t);
 564
 565         t->size = min_t(unsigned,
 566                         bkey_to_cacheline(t, end(t->data)),
 567                         b->sets->tree + bset_tree_space(b) - t->tree);
 568
 569         if (t->size < 2) {
 570                 t->size = 0;
 571                 return;
 572         }
 573
 574         t->extra = (t->size - rounddown_pow_of_two(t->size - 1)) << 1;
 575
 576         /* First we figure out where the first key in each cacheline is */
 577         for (j = inorder_next(0, t->size);
 578              j;
 579              j = inorder_next(j, t->size)) {
 580                 while (bkey_to_cacheline(t, k) != cacheline)
 581                         k = bkey_next(k);
 582
 583                 t->prev[j] = bkey_u64s(k);
 584                 k = bkey_next(k);
 585                 cacheline++;
 586                 t->tree[j].m = bkey_to_cacheline_offset(k);
 587         }
 588
 589         while (bkey_next(k) != end(t->data))
 590                 k = bkey_next(k);
 591
 592         t->end = *k;
 593
 594         /* Then we build the tree */
 595         for (j = inorder_next(0, t->size);
 596              j;
 597              j = inorder_next(j, t->size))
 598                 make_bfloat(t, j);
 599 }
 600
 601 void bch_bset_fix_invalidated_key(struct btree *b, struct bkey *k)
 602 {
 603         struct bset_tree *t;
 604         unsigned inorder, j = 1;
 605
 606         for (t = b->sets; t <= &b->sets[b->nsets]; t++)
 607                 if (k < end(t->data))
 608                         goto found_set;
 609
 610         BUG();
 611 found_set:
 612         if (!t->size || !bset_written(b, t))
 613                 return;
 614
 615         inorder = bkey_to_cacheline(t, k);
 616
 617         if (k == t->data->start)
 618                 goto fix_left;
 619
 620         if (bkey_next(k) == end(t->data)) {
 621                 t->end = *k;
 622                 goto fix_right;
 623         }
 624
 625         j = inorder_to_tree(inorder, t);
 626
 627         if (j &&
 628             j < t->size &&
 629             k == tree_to_bkey(t, j))
 630 fix_left:       do {
 631                         make_bfloat(t, j);
 632                         j = j * 2;
 633                 } while (j < t->size);
 634
 635         j = inorder_to_tree(inorder + 1, t);
 636
 637         if (j &&
 638             j < t->size &&
 639             k == tree_to_prev_bkey(t, j))
 640 fix_right:      do {
 641                         make_bfloat(t, j);
 642                         j = j * 2 + 1;
 643                 } while (j < t->size);
 644 }
 645
 646 void bch_bset_fix_lookup_table(struct btree *b, struct bkey *k)
 647 {
 648         struct bset_tree *t = &b->sets[b->nsets];
 649         unsigned shift = bkey_u64s(k);
 650         unsigned j = bkey_to_cacheline(t, k);
 651
 652         /* We're getting called from btree_split() or btree_gc, just bail out */
 653         if (!t->size)
 654                 return;
 655
 656         /* k is the key we just inserted; we need to find the entry in the
 657          * lookup table for the first key that is strictly greater than k:
 658          * it's either k's cacheline or the next one
 659          */
 660         if (j < t->size &&
 661             table_to_bkey(t, j) <= k)
 662                 j++;
 663
 664         /* Adjust all the lookup table entries, and find a new key for any that
 665          * have gotten too big
 666          */
 667         for (; j < t->size; j++) {
 668                 t->prev[j] += shift;
 669
 670                 if (t->prev[j] > 7) {
 671                         k = table_to_bkey(t, j - 1);
 672
 673                         while (k < cacheline_to_bkey(t, j, 0))
 674                                 k = bkey_next(k);
 675
 676                         t->prev[j] = bkey_to_cacheline_offset(k);
 677                 }
 678         }
 679
 680         if (t->size == b->sets->tree + bset_tree_space(b) - t->tree)
 681                 return;
 682
 683         /* Possibly add a new entry to the end of the lookup table */
 684
 685         for (k = table_to_bkey(t, t->size - 1);
 686              k != end(t->data);
 687              k = bkey_next(k))
 688                 if (t->size == bkey_to_cacheline(t, k)) {
 689                         t->prev[t->size] = bkey_to_cacheline_offset(k);
 690                         t->size++;
 691                 }
 692 }
 693
 694 void bch_bset_init_next(struct btree *b)
 695 {
 696         struct bset *i = write_block(b);
 697
 698         if (i != b->sets[0].data) {
 699                 b->sets[++b->nsets].data = i;
 700                 i->seq = b->sets[0].data->seq;
 701         } else
 702                 get_random_bytes(&i->seq, sizeof(uint64_t));
 703
 704         i->magic        = bset_magic(&b->c->sb);
 705         i->version      = 0;
 706         i->keys         = 0;
 707
 708         bset_build_unwritten_tree(b);
 709 }
 710
 711 struct bset_search_iter {
 712         struct bkey *l, *r;
 713 };
 714
 715 static struct bset_search_iter bset_search_write_set(struct btree *b,
 716                                                      struct bset_tree *t,
 717                                                      const struct bkey *search)
 718 {
 719         unsigned li = 0, ri = t->size;
 720
 721         BUG_ON(!b->nsets &&
 722                t->size < bkey_to_cacheline(t, end(t->data)));
 723
 724         while (li + 1 != ri) {
 725                 unsigned m = (li + ri) >> 1;
 726
 727                 if (bkey_cmp(table_to_bkey(t, m), search) > 0)
 728                         ri = m;
 729                 else
 730                         li = m;
 731         }
 732
 733         return (struct bset_search_iter) {
 734                 table_to_bkey(t, li),
 735                 ri < t->size ? table_to_bkey(t, ri) : end(t->data)
 736         };
 737 }
 738
 739 static struct bset_search_iter bset_search_tree(struct btree *b,
 740                                                 struct bset_tree *t,
 741                                                 const struct bkey *search)
 742 {
 743         struct bkey *l, *r;
 744         struct bkey_float *f;
 745         unsigned inorder, j, n = 1;
 746
 747         do {
 748                 unsigned p = n << 4;
 749                 p &= ((int) (p - t->size)) >> 31;
 750
 751                 prefetch(&t->tree[p]);
 752
 753                 j = n;
 754                 f = &t->tree[j];
 755
 756                 /*
 757                  * n = (f->mantissa > bfloat_mantissa())
 758                  *      ? j * 2
 759                  *      : j * 2 + 1;
 760                  *
 761                  * We need to subtract 1 from f->mantissa for the sign bit trick
 762                  * to work  - that's done in make_bfloat()
 763                  */
 764                 if (likely(f->exponent != 127))
 765                         n = j * 2 + (((unsigned)
 766                                       (f->mantissa -
 767                                        bfloat_mantissa(search, f))) >> 31);
 768                 else
 769                         n = (bkey_cmp(tree_to_bkey(t, j), search) > 0)
 770                                 ? j * 2
 771                                 : j * 2 + 1;
 772         } while (n < t->size);
 773
 774         inorder = to_inorder(j, t);
 775
 776         /*
 777          * n would have been the node we recursed to - the low bit tells us if
 778          * we recursed left or recursed right.
 779          */
 780         if (n & 1) {
 781                 l = cacheline_to_bkey(t, inorder, f->m);
 782
 783                 if (++inorder != t->size) {
 784                         f = &t->tree[inorder_next(j, t->size)];
 785                         r = cacheline_to_bkey(t, inorder, f->m);
 786                 } else
 787                         r = end(t->data);
 788         } else {
 789                 r = cacheline_to_bkey(t, inorder, f->m);
 790
 791                 if (--inorder) {
 792                         f = &t->tree[inorder_prev(j, t->size)];
 793                         l = cacheline_to_bkey(t, inorder, f->m);
 794                 } else
 795                         l = t->data->start;
 796         }
 797
 798         return (struct bset_search_iter) {l, r};
 799 }
 800
 801 struct bkey *__bch_bset_search(struct btree *b, struct bset_tree *t,
 802                                const struct bkey *search)
 803 {
 804         struct bset_search_iter i;
 805
 806         /*
 807          * First, we search for a cacheline, then lastly we do a linear search
 808          * within that cacheline.
 809          *
 810          * To search for the cacheline, there's three different possibilities:
 811          *  * The set is too small to have a search tree, so we just do a linear
 812          *    search over the whole set.
 813          *  * The set is the one we're currently inserting into; keeping a full
 814          *    auxiliary search tree up to date would be too expensive, so we
 815          *    use a much simpler lookup table to do a binary search -
 816          *    bset_search_write_set().
 817          *  * Or we use the auxiliary search tree we constructed earlier -
 818          *    bset_search_tree()
 819          */
 820
 821         if (unlikely(!t->size)) {
 822                 i.l = t->data->start;
 823                 i.r = end(t->data);
 824         } else if (bset_written(b, t)) {
 825                 /*
 826                  * Each node in the auxiliary search tree covers a certain range
 827                  * of bits, and keys above and below the set it covers might
 828                  * differ outside those bits - so we have to special case the
 829                  * start and end - handle that here:
 830                  */
 831
 832                 if (unlikely(bkey_cmp(search, &t->end) >= 0))
 833                         return end(t->data);
 834
 835                 if (unlikely(bkey_cmp(search, t->data->start) < 0))
 836                         return t->data->start;
 837
 838                 i = bset_search_tree(b, t, search);
 839         } else
 840                 i = bset_search_write_set(b, t, search);
 841
 842         if (expensive_debug_checks(b->c)) {
 843                 BUG_ON(bset_written(b, t) &&
 844                        i.l != t->data->start &&
 845                        bkey_cmp(tree_to_prev_bkey(t,
 846                           inorder_to_tree(bkey_to_cacheline(t, i.l), t)),
 847                                 search) > 0);
 848
 849                 BUG_ON(i.r != end(t->data) &&
 850                        bkey_cmp(i.r, search) <= 0);
 851         }
 852
 853         while (likely(i.l != i.r) &&
 854                bkey_cmp(i.l, search) <= 0)
 855                 i.l = bkey_next(i.l);
 856
 857         return i.l;
 858 }
 859
 860 /* Btree iterator */
 861
 862 /*
 863  * Returns true if l > r - unless l == r, in which case returns true if l is
 864  * older than r.
 865  *
 866  * Necessary for btree_sort_fixup() - if there are multiple keys that compare
 867  * equal in different sets, we have to process them newest to oldest.
 868  */
 869 static inline bool btree_iter_cmp(struct btree_iter_set l,
 870                                   struct btree_iter_set r)
 871 {
 872         int64_t c = bkey_cmp(&START_KEY(l.k), &START_KEY(r.k));
 873
 874         return c ? c > 0 : l.k < r.k;
 875 }
 876
 877 static inline bool btree_iter_end(struct btree_iter *iter)
 878 {
 879         return !iter->used;
 880 }
 881
 882 void bch_btree_iter_push(struct btree_iter *iter, struct bkey *k,
 883                          struct bkey *end)
 884 {
 885         if (k != end)
 886                 BUG_ON(!heap_add(iter,
 887                                  ((struct btree_iter_set) { k, end }),
 888                                  btree_iter_cmp));
 889 }
 890
 891 struct bkey *__bch_btree_iter_init(struct btree *b, struct btree_iter *iter,
 892                                    struct bkey *search, struct bset_tree *start)
 893 {
 894         struct bkey *ret = NULL;
 895         iter->size = ARRAY_SIZE(iter->data);
 896         iter->used = 0;
 897
 898 #ifdef CONFIG_BCACHE_DEBUG
 899         iter->b = b;
 900 #endif
 901
 902         for (; start <= &b->sets[b->nsets]; start++) {
 903                 ret = bch_bset_search(b, start, search);
 904                 bch_btree_iter_push(iter, ret, end(start->data));
 905         }
 906
 907         return ret;
 908 }
 909
 910 struct bkey *bch_btree_iter_next(struct btree_iter *iter)
 911 {
 912         struct btree_iter_set unused;
 913         struct bkey *ret = NULL;
 914
 915         if (!btree_iter_end(iter)) {
 916                 bch_btree_iter_next_check(iter);
 917
 918                 ret = iter->data->k;
 919                 iter->data->k = bkey_next(iter->data->k);
 920
 921                 if (iter->data->k > iter->data->end) {
 922                         WARN_ONCE(1, "bset was corrupt!\n");
 923                         iter->data->k = iter->data->end;
 924                 }
 925
 926                 if (iter->data->k == iter->data->end)
 927                         heap_pop(iter, unused, btree_iter_cmp);
 928                 else
 929                         heap_sift(iter, 0, btree_iter_cmp);
 930         }
 931
 932         return ret;
 933 }
 934
 935 struct bkey *bch_btree_iter_next_filter(struct btree_iter *iter,
 936                                         struct btree *b, ptr_filter_fn fn)
 937 {
 938         struct bkey *ret;
 939
 940         do {
 941                 ret = bch_btree_iter_next(iter);
 942         } while (ret && fn(b, ret));
 943
 944         return ret;
 945 }
 946
 947 /* Mergesort */
 948
 949 static void sort_key_next(struct btree_iter *iter,
 950                           struct btree_iter_set *i)
 951 {
 952         i->k = bkey_next(i->k);
 953
 954         if (i->k == i->end)
 955                 *i = iter->data[--iter->used];
 956 }
 957
 958 static void btree_sort_fixup(struct btree_iter *iter)
 959 {
 960         while (iter->used > 1) {
 961                 struct btree_iter_set *top = iter->data, *i = top + 1;
 962
 963                 if (iter->used > 2 &&
 964                     btree_iter_cmp(i[0], i[1]))
 965                         i++;
 966
 967                 if (bkey_cmp(top->k, &START_KEY(i->k)) <= 0)
 968                         break;
 969
 970                 if (!KEY_SIZE(i->k)) {
 971                         sort_key_next(iter, i);
 972                         heap_sift(iter, i - top, btree_iter_cmp);
 973                         continue;
 974                 }
 975
 976                 if (top->k > i->k) {
 977                         if (bkey_cmp(top->k, i->k) >= 0)
 978                                 sort_key_next(iter, i);
 979                         else
 980                                 bch_cut_front(top->k, i->k);
 981
 982                         heap_sift(iter, i - top, btree_iter_cmp);
 983                 } else {
 984                         /* can't happen because of comparison func */
 985                         BUG_ON(!bkey_cmp(&START_KEY(top->k), &START_KEY(i->k)));
 986                         bch_cut_back(&START_KEY(i->k), top->k);
 987                 }
 988         }
 989 }
 990
 991 static void btree_mergesort(struct btree *b, struct bset *out,
 992                             struct btree_iter *iter,
 993                             bool fixup, bool remove_stale)
 994 {
 995         struct bkey *k, *last = NULL;
 996         bool (*bad)(struct btree *, const struct bkey *) = remove_stale
 997                 ? bch_ptr_bad
 998                 : bch_ptr_invalid;
 999
1000         while (!btree_iter_end(iter)) {
1001                 if (fixup && !b->level)
1002                         btree_sort_fixup(iter);
1003
1004                 k = bch_btree_iter_next(iter);
1005                 if (bad(b, k))
1006                         continue;
1007
1008                 if (!last) {
1009                         last = out->start;
1010                         bkey_copy(last, k);
1011                 } else if (b->level ||
1012                            !bch_bkey_try_merge(b, last, k)) {
1013                         last = bkey_next(last);
1014                         bkey_copy(last, k);
1015                 }
1016         }
1017
1018         out->keys = last ? (uint64_t *) bkey_next(last) - out->d : 0;
1019
1020         pr_debug("sorted %i keys", out->keys);
1021 }
1022
1023 static void __btree_sort(struct btree *b, struct btree_iter *iter,
1024                          unsigned start, unsigned order, bool fixup)
1025 {
1026         uint64_t start_time;
1027         bool remove_stale = !b->written;
1028         struct bset *out = (void *) __get_free_pages(__GFP_NOWARN|GFP_NOIO,
1029                                                      order);
1030         if (!out) {
1031                 mutex_lock(&b->c->sort_lock);
1032                 out = b->c->sort;
1033                 order = ilog2(bucket_pages(b->c));
1034         }
1035
1036         start_time = local_clock();
1037
1038         btree_mergesort(b, out, iter, fixup, remove_stale);
1039         b->nsets = start;
1040
1041         if (!fixup && !start && b->written)
1042                 bch_btree_verify(b, out);
1043
1044         if (!start && order == b->page_order) {
1045                 /*
1046                  * Our temporary buffer is the same size as the btree node's
1047                  * buffer, we can just swap buffers instead of doing a big
1048                  * memcpy()
1049                  */
1050
1051                 out->magic      = bset_magic(&b->c->sb);
1052                 out->seq        = b->sets[0].data->seq;
1053                 out->version    = b->sets[0].data->version;
1054                 swap(out, b->sets[0].data);
1055
1056                 if (b->c->sort == b->sets[0].data)
1057                         b->c->sort = out;
1058         } else {
1059                 b->sets[start].data->keys = out->keys;
1060                 memcpy(b->sets[start].data->start, out->start,
1061                        (void *) end(out) - (void *) out->start);
1062         }
1063
1064         if (out == b->c->sort)
1065                 mutex_unlock(&b->c->sort_lock);
1066         else
1067                 free_pages((unsigned long) out, order);
1068
1069         if (b->written)
1070                 bset_build_written_tree(b);
1071
1072         if (!start)
1073                 bch_time_stats_update(&b->c->sort_time, start_time);
1074 }
1075
1076 void bch_btree_sort_partial(struct btree *b, unsigned start)
1077 {
1078         size_t order = b->page_order, keys = 0;
1079         struct btree_iter iter;
1080         int oldsize = bch_count_data(b);
1081
1082         __bch_btree_iter_init(b, &iter, NULL, &b->sets[start]);
1083
1084         BUG_ON(b->sets[b->nsets].data == write_block(b) &&
1085                (b->sets[b->nsets].size || b->nsets));
1086
1087
1088         if (start) {
1089                 unsigned i;
1090
1091                 for (i = start; i <= b->nsets; i++)
1092                         keys += b->sets[i].data->keys;
1093
1094                 order = roundup_pow_of_two(__set_bytes(b->sets->data,
1095                                                        keys)) / PAGE_SIZE;
1096                 if (order)
1097                         order = ilog2(order);
1098         }
1099
1100         __btree_sort(b, &iter, start, order, false);
1101
1102         EBUG_ON(b->written && oldsize >= 0 && bch_count_data(b) != oldsize);
1103 }
1104
1105 void bch_btree_sort_and_fix_extents(struct btree *b, struct btree_iter *iter)
1106 {
1107         BUG_ON(!b->written);
1108         __btree_sort(b, iter, 0, b->page_order, true);
1109 }
1110
1111 void bch_btree_sort_into(struct btree *b, struct btree *new)
1112 {
1113         uint64_t start_time = local_clock();
1114
1115         struct btree_iter iter;
1116         bch_btree_iter_init(b, &iter, NULL);
1117
1118         btree_mergesort(b, new->sets->data, &iter, false, true);
1119
1120         bch_time_stats_update(&b->c->sort_time, start_time);
1121
1122         bkey_copy_key(&new->key, &b->key);
1123         new->sets->size = 0;
1124 }
1125
1126 #define SORT_CRIT       (4096 / sizeof(uint64_t))
1127
1128 void bch_btree_sort_lazy(struct btree *b)
1129 {
1130         unsigned crit = SORT_CRIT;
1131         int i;
1132
1133         /* Don't sort if nothing to do */
1134         if (!b->nsets)
1135                 goto out;
1136
1137         /* If not a leaf node, always sort */
1138         if (b->level) {
1139                 bch_btree_sort(b);
1140                 return;
1141         }
1142
1143         for (i = b->nsets - 1; i >= 0; --i) {
1144                 crit *= b->c->sort_crit_factor;
1145
1146                 if (b->sets[i].data->keys < crit) {
1147                         bch_btree_sort_partial(b, i);
1148                         return;
1149                 }
1150         }
1151
1152         /* Sort if we'd overflow */
1153         if (b->nsets + 1 == MAX_BSETS) {
1154                 bch_btree_sort(b);
1155                 return;
1156         }
1157
1158 out:
1159         bset_build_written_tree(b);
1160 }
1161
1162 /* Sysfs stuff */
1163
1164 struct bset_stats {
1165         struct btree_op op;
1166         size_t nodes;
1167         size_t sets_written, sets_unwritten;
1168         size_t bytes_written, bytes_unwritten;
1169         size_t floats, failed;
1170 };
1171
1172 static int btree_bset_stats(struct btree_op *op, struct btree *b)
1173 {
1174         struct bset_stats *stats = container_of(op, struct bset_stats, op);
1175         unsigned i;
1176
1177         stats->nodes++;
1178
1179         for (i = 0; i <= b->nsets; i++) {
1180                 struct bset_tree *t = &b->sets[i];
1181                 size_t bytes = t->data->keys * sizeof(uint64_t);
1182                 size_t j;
1183
1184                 if (bset_written(b, t)) {
1185                         stats->sets_written++;
1186                         stats->bytes_written += bytes;
1187
1188                         stats->floats += t->size - 1;
1189
1190                         for (j = 1; j < t->size; j++)
1191                                 if (t->tree[j].exponent == 127)
1192                                         stats->failed++;
1193                 } else {
1194                         stats->sets_unwritten++;
1195                         stats->bytes_unwritten += bytes;
1196                 }
1197         }
1198
1199         return MAP_CONTINUE;
1200 }
1201
1202 int bch_bset_print_stats(struct cache_set *c, char *buf)
1203 {
1204         struct bset_stats t;
1205         int ret;
1206
1207         memset(&t, 0, sizeof(struct bset_stats));
1208         bch_btree_op_init(&t.op, -1);
1209
1210         ret = bch_btree_map_nodes(&t.op, c, &ZERO_KEY, btree_bset_stats);
1211         if (ret < 0)
1212                 return ret;
1213
1214         return snprintf(buf, PAGE_SIZE,
1215                         "btree nodes:           %zu\n"
1216                         "written sets:          %zu\n"
1217                         "unwritten sets:                %zu\n"
1218                         "written key bytes:     %zu\n"
1219                         "unwritten key bytes:   %zu\n"
1220                         "floats:                        %zu\n"
1221                         "failed:                        %zu\n",
1222                         t.nodes,
1223                         t.sets_written, t.sets_unwritten,
1224                         t.bytes_written, t.bytes_unwritten,
1225                         t.floats, t.failed);
1226 }