]> Pileus Git - ~andy/linux/blob - drivers/md/bcache/bcache.h
Merge branch 'nfsd-next' of git://linux-nfs.org/~bfields/linux
[~andy/linux] / 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         disk_gen;
199         uint8_t         last_gc; /* Most out of date gen in the btree */
200         uint8_t         gc_gen;
201         uint16_t        gc_mark; /* Bitfield used by GC. See below for field */
202 };
203
204 /*
205  * I'd use bitfields for these, but I don't trust the compiler not to screw me
206  * as multiple threads touch struct bucket without locking
207  */
208
209 BITMASK(GC_MARK,         struct bucket, gc_mark, 0, 2);
210 #define GC_MARK_RECLAIMABLE     0
211 #define GC_MARK_DIRTY           1
212 #define GC_MARK_METADATA        2
213 #define GC_SECTORS_USED_SIZE    13
214 #define MAX_GC_SECTORS_USED     (~(~0ULL << GC_SECTORS_USED_SIZE))
215 BITMASK(GC_SECTORS_USED, struct bucket, gc_mark, 2, GC_SECTORS_USED_SIZE);
216 BITMASK(GC_MOVE, struct bucket, gc_mark, 15, 1);
217
218 #include "journal.h"
219 #include "stats.h"
220 struct search;
221 struct btree;
222 struct keybuf;
223
224 struct keybuf_key {
225         struct rb_node          node;
226         BKEY_PADDED(key);
227         void                    *private;
228 };
229
230 struct keybuf {
231         struct bkey             last_scanned;
232         spinlock_t              lock;
233
234         /*
235          * Beginning and end of range in rb tree - so that we can skip taking
236          * lock and checking the rb tree when we need to check for overlapping
237          * keys.
238          */
239         struct bkey             start;
240         struct bkey             end;
241
242         struct rb_root          keys;
243
244 #define KEYBUF_NR               500
245         DECLARE_ARRAY_ALLOCATOR(struct keybuf_key, freelist, KEYBUF_NR);
246 };
247
248 struct bio_split_pool {
249         struct bio_set          *bio_split;
250         mempool_t               *bio_split_hook;
251 };
252
253 struct bio_split_hook {
254         struct closure          cl;
255         struct bio_split_pool   *p;
256         struct bio              *bio;
257         bio_end_io_t            *bi_end_io;
258         void                    *bi_private;
259 };
260
261 struct bcache_device {
262         struct closure          cl;
263
264         struct kobject          kobj;
265
266         struct cache_set        *c;
267         unsigned                id;
268 #define BCACHEDEVNAME_SIZE      12
269         char                    name[BCACHEDEVNAME_SIZE];
270
271         struct gendisk          *disk;
272
273         unsigned long           flags;
274 #define BCACHE_DEV_CLOSING      0
275 #define BCACHE_DEV_DETACHING    1
276 #define BCACHE_DEV_UNLINK_DONE  2
277
278         unsigned                nr_stripes;
279         unsigned                stripe_size;
280         atomic_t                *stripe_sectors_dirty;
281         unsigned long           *full_dirty_stripes;
282
283         unsigned long           sectors_dirty_last;
284         long                    sectors_dirty_derivative;
285
286         struct bio_set          *bio_split;
287
288         unsigned                data_csum:1;
289
290         int (*cache_miss)(struct btree *, struct search *,
291                           struct bio *, unsigned);
292         int (*ioctl) (struct bcache_device *, fmode_t, unsigned, unsigned long);
293
294         struct bio_split_pool   bio_split_hook;
295 };
296
297 struct io {
298         /* Used to track sequential IO so it can be skipped */
299         struct hlist_node       hash;
300         struct list_head        lru;
301
302         unsigned long           jiffies;
303         unsigned                sequential;
304         sector_t                last;
305 };
306
307 struct cached_dev {
308         struct list_head        list;
309         struct bcache_device    disk;
310         struct block_device     *bdev;
311
312         struct cache_sb         sb;
313         struct bio              sb_bio;
314         struct bio_vec          sb_bv[1];
315         struct closure          sb_write;
316         struct semaphore        sb_write_mutex;
317
318         /* Refcount on the cache set. Always nonzero when we're caching. */
319         atomic_t                count;
320         struct work_struct      detach;
321
322         /*
323          * Device might not be running if it's dirty and the cache set hasn't
324          * showed up yet.
325          */
326         atomic_t                running;
327
328         /*
329          * Writes take a shared lock from start to finish; scanning for dirty
330          * data to refill the rb tree requires an exclusive lock.
331          */
332         struct rw_semaphore     writeback_lock;
333
334         /*
335          * Nonzero, and writeback has a refcount (d->count), iff there is dirty
336          * data in the cache. Protected by writeback_lock; must have an
337          * shared lock to set and exclusive lock to clear.
338          */
339         atomic_t                has_dirty;
340
341         struct bch_ratelimit    writeback_rate;
342         struct delayed_work     writeback_rate_update;
343
344         /*
345          * Internal to the writeback code, so read_dirty() can keep track of
346          * where it's at.
347          */
348         sector_t                last_read;
349
350         /* Limit number of writeback bios in flight */
351         struct semaphore        in_flight;
352         struct task_struct      *writeback_thread;
353
354         struct keybuf           writeback_keys;
355
356         /* For tracking sequential IO */
357 #define RECENT_IO_BITS  7
358 #define RECENT_IO       (1 << RECENT_IO_BITS)
359         struct io               io[RECENT_IO];
360         struct hlist_head       io_hash[RECENT_IO + 1];
361         struct list_head        io_lru;
362         spinlock_t              io_lock;
363
364         struct cache_accounting accounting;
365
366         /* The rest of this all shows up in sysfs */
367         unsigned                sequential_cutoff;
368         unsigned                readahead;
369
370         unsigned                verify:1;
371         unsigned                bypass_torture_test:1;
372
373         unsigned                partial_stripes_expensive:1;
374         unsigned                writeback_metadata:1;
375         unsigned                writeback_running:1;
376         unsigned char           writeback_percent;
377         unsigned                writeback_delay;
378
379         uint64_t                writeback_rate_target;
380         int64_t                 writeback_rate_proportional;
381         int64_t                 writeback_rate_derivative;
382         int64_t                 writeback_rate_change;
383
384         unsigned                writeback_rate_update_seconds;
385         unsigned                writeback_rate_d_term;
386         unsigned                writeback_rate_p_term_inverse;
387 };
388
389 enum alloc_reserve {
390         RESERVE_BTREE,
391         RESERVE_PRIO,
392         RESERVE_MOVINGGC,
393         RESERVE_NONE,
394         RESERVE_NR,
395 };
396
397 struct cache {
398         struct cache_set        *set;
399         struct cache_sb         sb;
400         struct bio              sb_bio;
401         struct bio_vec          sb_bv[1];
402
403         struct kobject          kobj;
404         struct block_device     *bdev;
405
406         struct task_struct      *alloc_thread;
407
408         struct closure          prio;
409         struct prio_set         *disk_buckets;
410
411         /*
412          * When allocating new buckets, prio_write() gets first dibs - since we
413          * may not be allocate at all without writing priorities and gens.
414          * prio_buckets[] contains the last buckets we wrote priorities to (so
415          * gc can mark them as metadata), prio_next[] contains the buckets
416          * allocated for the next prio write.
417          */
418         uint64_t                *prio_buckets;
419         uint64_t                *prio_last_buckets;
420
421         /*
422          * free: Buckets that are ready to be used
423          *
424          * free_inc: Incoming buckets - these are buckets that currently have
425          * cached data in them, and we can't reuse them until after we write
426          * their new gen to disk. After prio_write() finishes writing the new
427          * gens/prios, they'll be moved to the free list (and possibly discarded
428          * in the process)
429          *
430          * unused: GC found nothing pointing into these buckets (possibly
431          * because all the data they contained was overwritten), so we only
432          * need to discard them before they can be moved to the free list.
433          */
434         DECLARE_FIFO(long, free)[RESERVE_NR];
435         DECLARE_FIFO(long, free_inc);
436         DECLARE_FIFO(long, unused);
437
438         size_t                  fifo_last_bucket;
439
440         /* Allocation stuff: */
441         struct bucket           *buckets;
442
443         DECLARE_HEAP(struct bucket *, heap);
444
445         /*
446          * max(gen - disk_gen) for all buckets. When it gets too big we have to
447          * call prio_write() to keep gens from wrapping.
448          */
449         uint8_t                 need_save_prio;
450
451         /*
452          * If nonzero, we know we aren't going to find any buckets to invalidate
453          * until a gc finishes - otherwise we could pointlessly burn a ton of
454          * cpu
455          */
456         unsigned                invalidate_needs_gc:1;
457
458         bool                    discard; /* Get rid of? */
459
460         struct journal_device   journal;
461
462         /* The rest of this all shows up in sysfs */
463 #define IO_ERROR_SHIFT          20
464         atomic_t                io_errors;
465         atomic_t                io_count;
466
467         atomic_long_t           meta_sectors_written;
468         atomic_long_t           btree_sectors_written;
469         atomic_long_t           sectors_written;
470
471         struct bio_split_pool   bio_split_hook;
472 };
473
474 struct gc_stat {
475         size_t                  nodes;
476         size_t                  key_bytes;
477
478         size_t                  nkeys;
479         uint64_t                data;   /* sectors */
480         unsigned                in_use; /* percent */
481 };
482
483 /*
484  * Flag bits, for how the cache set is shutting down, and what phase it's at:
485  *
486  * CACHE_SET_UNREGISTERING means we're not just shutting down, we're detaching
487  * all the backing devices first (their cached data gets invalidated, and they
488  * won't automatically reattach).
489  *
490  * CACHE_SET_STOPPING always gets set first when we're closing down a cache set;
491  * we'll continue to run normally for awhile with CACHE_SET_STOPPING set (i.e.
492  * flushing dirty data).
493  */
494 #define CACHE_SET_UNREGISTERING         0
495 #define CACHE_SET_STOPPING              1
496
497 struct cache_set {
498         struct closure          cl;
499
500         struct list_head        list;
501         struct kobject          kobj;
502         struct kobject          internal;
503         struct dentry           *debug;
504         struct cache_accounting accounting;
505
506         unsigned long           flags;
507
508         struct cache_sb         sb;
509
510         struct cache            *cache[MAX_CACHES_PER_SET];
511         struct cache            *cache_by_alloc[MAX_CACHES_PER_SET];
512         int                     caches_loaded;
513
514         struct bcache_device    **devices;
515         struct list_head        cached_devs;
516         uint64_t                cached_dev_sectors;
517         struct closure          caching;
518
519         struct closure          sb_write;
520         struct semaphore        sb_write_mutex;
521
522         mempool_t               *search;
523         mempool_t               *bio_meta;
524         struct bio_set          *bio_split;
525
526         /* For the btree cache */
527         struct shrinker         shrink;
528
529         /* For the btree cache and anything allocation related */
530         struct mutex            bucket_lock;
531
532         /* log2(bucket_size), in sectors */
533         unsigned short          bucket_bits;
534
535         /* log2(block_size), in sectors */
536         unsigned short          block_bits;
537
538         /*
539          * Default number of pages for a new btree node - may be less than a
540          * full bucket
541          */
542         unsigned                btree_pages;
543
544         /*
545          * Lists of struct btrees; lru is the list for structs that have memory
546          * allocated for actual btree node, freed is for structs that do not.
547          *
548          * We never free a struct btree, except on shutdown - we just put it on
549          * the btree_cache_freed list and reuse it later. This simplifies the
550          * code, and it doesn't cost us much memory as the memory usage is
551          * dominated by buffers that hold the actual btree node data and those
552          * can be freed - and the number of struct btrees allocated is
553          * effectively bounded.
554          *
555          * btree_cache_freeable effectively is a small cache - we use it because
556          * high order page allocations can be rather expensive, and it's quite
557          * common to delete and allocate btree nodes in quick succession. It
558          * should never grow past ~2-3 nodes in practice.
559          */
560         struct list_head        btree_cache;
561         struct list_head        btree_cache_freeable;
562         struct list_head        btree_cache_freed;
563
564         /* Number of elements in btree_cache + btree_cache_freeable lists */
565         unsigned                bucket_cache_used;
566
567         /*
568          * If we need to allocate memory for a new btree node and that
569          * allocation fails, we can cannibalize another node in the btree cache
570          * to satisfy the allocation. However, only one thread can be doing this
571          * at a time, for obvious reasons - try_harder and try_wait are
572          * basically a lock for this that we can wait on asynchronously. The
573          * btree_root() macro releases the lock when it returns.
574          */
575         struct task_struct      *try_harder;
576         wait_queue_head_t       try_wait;
577         uint64_t                try_harder_start;
578
579         /*
580          * When we free a btree node, we increment the gen of the bucket the
581          * node is in - but we can't rewrite the prios and gens until we
582          * finished whatever it is we were doing, otherwise after a crash the
583          * btree node would be freed but for say a split, we might not have the
584          * pointers to the new nodes inserted into the btree yet.
585          *
586          * This is a refcount that blocks prio_write() until the new keys are
587          * written.
588          */
589         atomic_t                prio_blocked;
590         wait_queue_head_t       bucket_wait;
591
592         /*
593          * For any bio we don't skip we subtract the number of sectors from
594          * rescale; when it hits 0 we rescale all the bucket priorities.
595          */
596         atomic_t                rescale;
597         /*
598          * When we invalidate buckets, we use both the priority and the amount
599          * of good data to determine which buckets to reuse first - to weight
600          * those together consistently we keep track of the smallest nonzero
601          * priority of any bucket.
602          */
603         uint16_t                min_prio;
604
605         /*
606          * max(gen - gc_gen) for all buckets. When it gets too big we have to gc
607          * to keep gens from wrapping around.
608          */
609         uint8_t                 need_gc;
610         struct gc_stat          gc_stats;
611         size_t                  nbuckets;
612
613         struct task_struct      *gc_thread;
614         /* Where in the btree gc currently is */
615         struct bkey             gc_done;
616
617         /*
618          * The allocation code needs gc_mark in struct bucket to be correct, but
619          * it's not while a gc is in progress. Protected by bucket_lock.
620          */
621         int                     gc_mark_valid;
622
623         /* Counts how many sectors bio_insert has added to the cache */
624         atomic_t                sectors_to_gc;
625
626         wait_queue_head_t       moving_gc_wait;
627         struct keybuf           moving_gc_keys;
628         /* Number of moving GC bios in flight */
629         struct semaphore        moving_in_flight;
630
631         struct btree            *root;
632
633 #ifdef CONFIG_BCACHE_DEBUG
634         struct btree            *verify_data;
635         struct bset             *verify_ondisk;
636         struct mutex            verify_lock;
637 #endif
638
639         unsigned                nr_uuids;
640         struct uuid_entry       *uuids;
641         BKEY_PADDED(uuid_bucket);
642         struct closure          uuid_write;
643         struct semaphore        uuid_write_mutex;
644
645         /*
646          * A btree node on disk could have too many bsets for an iterator to fit
647          * on the stack - have to dynamically allocate them
648          */
649         mempool_t               *fill_iter;
650
651         struct bset_sort_state  sort;
652
653         /* List of buckets we're currently writing data to */
654         struct list_head        data_buckets;
655         spinlock_t              data_bucket_lock;
656
657         struct journal          journal;
658
659 #define CONGESTED_MAX           1024
660         unsigned                congested_last_us;
661         atomic_t                congested;
662
663         /* The rest of this all shows up in sysfs */
664         unsigned                congested_read_threshold_us;
665         unsigned                congested_write_threshold_us;
666
667         struct time_stats       btree_gc_time;
668         struct time_stats       btree_split_time;
669         struct time_stats       btree_read_time;
670         struct time_stats       try_harder_time;
671
672         atomic_long_t           cache_read_races;
673         atomic_long_t           writeback_keys_done;
674         atomic_long_t           writeback_keys_failed;
675
676         enum                    {
677                 ON_ERROR_UNREGISTER,
678                 ON_ERROR_PANIC,
679         }                       on_error;
680         unsigned                error_limit;
681         unsigned                error_decay;
682
683         unsigned short          journal_delay_ms;
684         bool                    expensive_debug_checks;
685         unsigned                verify:1;
686         unsigned                key_merging_disabled:1;
687         unsigned                gc_always_rewrite:1;
688         unsigned                shrinker_disabled:1;
689         unsigned                copy_gc_enabled:1;
690
691 #define BUCKET_HASH_BITS        12
692         struct hlist_head       bucket_hash[1 << BUCKET_HASH_BITS];
693 };
694
695 struct bbio {
696         unsigned                submit_time_us;
697         union {
698                 struct bkey     key;
699                 uint64_t        _pad[3];
700                 /*
701                  * We only need pad = 3 here because we only ever carry around a
702                  * single pointer - i.e. the pointer we're doing io to/from.
703                  */
704         };
705         struct bio              bio;
706 };
707
708 #define BTREE_PRIO              USHRT_MAX
709 #define INITIAL_PRIO            32768U
710
711 #define btree_bytes(c)          ((c)->btree_pages * PAGE_SIZE)
712 #define btree_blocks(b)                                                 \
713         ((unsigned) (KEY_SIZE(&b->key) >> (b)->c->block_bits))
714
715 #define btree_default_blocks(c)                                         \
716         ((unsigned) ((PAGE_SECTORS * (c)->btree_pages) >> (c)->block_bits))
717
718 #define bucket_pages(c)         ((c)->sb.bucket_size / PAGE_SECTORS)
719 #define bucket_bytes(c)         ((c)->sb.bucket_size << 9)
720 #define block_bytes(c)          ((c)->sb.block_size << 9)
721
722 #define prios_per_bucket(c)                             \
723         ((bucket_bytes(c) - sizeof(struct prio_set)) /  \
724          sizeof(struct bucket_disk))
725 #define prio_buckets(c)                                 \
726         DIV_ROUND_UP((size_t) (c)->sb.nbuckets, prios_per_bucket(c))
727
728 static inline size_t sector_to_bucket(struct cache_set *c, sector_t s)
729 {
730         return s >> c->bucket_bits;
731 }
732
733 static inline sector_t bucket_to_sector(struct cache_set *c, size_t b)
734 {
735         return ((sector_t) b) << c->bucket_bits;
736 }
737
738 static inline sector_t bucket_remainder(struct cache_set *c, sector_t s)
739 {
740         return s & (c->sb.bucket_size - 1);
741 }
742
743 static inline struct cache *PTR_CACHE(struct cache_set *c,
744                                       const struct bkey *k,
745                                       unsigned ptr)
746 {
747         return c->cache[PTR_DEV(k, ptr)];
748 }
749
750 static inline size_t PTR_BUCKET_NR(struct cache_set *c,
751                                    const struct bkey *k,
752                                    unsigned ptr)
753 {
754         return sector_to_bucket(c, PTR_OFFSET(k, ptr));
755 }
756
757 static inline struct bucket *PTR_BUCKET(struct cache_set *c,
758                                         const struct bkey *k,
759                                         unsigned ptr)
760 {
761         return PTR_CACHE(c, k, ptr)->buckets + PTR_BUCKET_NR(c, k, ptr);
762 }
763
764 static inline uint8_t gen_after(uint8_t a, uint8_t b)
765 {
766         uint8_t r = a - b;
767         return r > 128U ? 0 : r;
768 }
769
770 static inline uint8_t ptr_stale(struct cache_set *c, const struct bkey *k,
771                                 unsigned i)
772 {
773         return gen_after(PTR_BUCKET(c, k, i)->gen, PTR_GEN(k, i));
774 }
775
776 static inline bool ptr_available(struct cache_set *c, const struct bkey *k,
777                                  unsigned i)
778 {
779         return (PTR_DEV(k, i) < MAX_CACHES_PER_SET) && PTR_CACHE(c, k, i);
780 }
781
782 /* Btree key macros */
783
784 /*
785  * This is used for various on disk data structures - cache_sb, prio_set, bset,
786  * jset: The checksum is _always_ the first 8 bytes of these structs
787  */
788 #define csum_set(i)                                                     \
789         bch_crc64(((void *) (i)) + sizeof(uint64_t),                    \
790                   ((void *) bset_bkey_last(i)) -                        \
791                   (((void *) (i)) + sizeof(uint64_t)))
792
793 /* Error handling macros */
794
795 #define btree_bug(b, ...)                                               \
796 do {                                                                    \
797         if (bch_cache_set_error((b)->c, __VA_ARGS__))                   \
798                 dump_stack();                                           \
799 } while (0)
800
801 #define cache_bug(c, ...)                                               \
802 do {                                                                    \
803         if (bch_cache_set_error(c, __VA_ARGS__))                        \
804                 dump_stack();                                           \
805 } while (0)
806
807 #define btree_bug_on(cond, b, ...)                                      \
808 do {                                                                    \
809         if (cond)                                                       \
810                 btree_bug(b, __VA_ARGS__);                              \
811 } while (0)
812
813 #define cache_bug_on(cond, c, ...)                                      \
814 do {                                                                    \
815         if (cond)                                                       \
816                 cache_bug(c, __VA_ARGS__);                              \
817 } while (0)
818
819 #define cache_set_err_on(cond, c, ...)                                  \
820 do {                                                                    \
821         if (cond)                                                       \
822                 bch_cache_set_error(c, __VA_ARGS__);                    \
823 } while (0)
824
825 /* Looping macros */
826
827 #define for_each_cache(ca, cs, iter)                                    \
828         for (iter = 0; ca = cs->cache[iter], iter < (cs)->sb.nr_in_set; iter++)
829
830 #define for_each_bucket(b, ca)                                          \
831         for (b = (ca)->buckets + (ca)->sb.first_bucket;                 \
832              b < (ca)->buckets + (ca)->sb.nbuckets; b++)
833
834 static inline void cached_dev_put(struct cached_dev *dc)
835 {
836         if (atomic_dec_and_test(&dc->count))
837                 schedule_work(&dc->detach);
838 }
839
840 static inline bool cached_dev_get(struct cached_dev *dc)
841 {
842         if (!atomic_inc_not_zero(&dc->count))
843                 return false;
844
845         /* Paired with the mb in cached_dev_attach */
846         smp_mb__after_atomic_inc();
847         return true;
848 }
849
850 /*
851  * bucket_gc_gen() returns the difference between the bucket's current gen and
852  * the oldest gen of any pointer into that bucket in the btree (last_gc).
853  *
854  * bucket_disk_gen() returns the difference between the current gen and the gen
855  * on disk; they're both used to make sure gens don't wrap around.
856  */
857
858 static inline uint8_t bucket_gc_gen(struct bucket *b)
859 {
860         return b->gen - b->last_gc;
861 }
862
863 static inline uint8_t bucket_disk_gen(struct bucket *b)
864 {
865         return b->gen - b->disk_gen;
866 }
867
868 #define BUCKET_GC_GEN_MAX       96U
869 #define BUCKET_DISK_GEN_MAX     64U
870
871 #define kobj_attribute_write(n, fn)                                     \
872         static struct kobj_attribute ksysfs_##n = __ATTR(n, S_IWUSR, NULL, fn)
873
874 #define kobj_attribute_rw(n, show, store)                               \
875         static struct kobj_attribute ksysfs_##n =                       \
876                 __ATTR(n, S_IWUSR|S_IRUSR, show, store)
877
878 static inline void wake_up_allocators(struct cache_set *c)
879 {
880         struct cache *ca;
881         unsigned i;
882
883         for_each_cache(ca, c, i)
884                 wake_up_process(ca->alloc_thread);
885 }
886
887 /* Forward declarations */
888
889 void bch_count_io_errors(struct cache *, int, const char *);
890 void bch_bbio_count_io_errors(struct cache_set *, struct bio *,
891                               int, const char *);
892 void bch_bbio_endio(struct cache_set *, struct bio *, int, const char *);
893 void bch_bbio_free(struct bio *, struct cache_set *);
894 struct bio *bch_bbio_alloc(struct cache_set *);
895
896 void bch_generic_make_request(struct bio *, struct bio_split_pool *);
897 void __bch_submit_bbio(struct bio *, struct cache_set *);
898 void bch_submit_bbio(struct bio *, struct cache_set *, struct bkey *, unsigned);
899
900 uint8_t bch_inc_gen(struct cache *, struct bucket *);
901 void bch_rescale_priorities(struct cache_set *, int);
902 bool bch_bucket_add_unused(struct cache *, struct bucket *);
903
904 long bch_bucket_alloc(struct cache *, unsigned, bool);
905 void bch_bucket_free(struct cache_set *, struct bkey *);
906
907 int __bch_bucket_alloc_set(struct cache_set *, unsigned,
908                            struct bkey *, int, bool);
909 int bch_bucket_alloc_set(struct cache_set *, unsigned,
910                          struct bkey *, int, bool);
911 bool bch_alloc_sectors(struct cache_set *, struct bkey *, unsigned,
912                        unsigned, unsigned, bool);
913
914 __printf(2, 3)
915 bool bch_cache_set_error(struct cache_set *, const char *, ...);
916
917 void bch_prio_write(struct cache *);
918 void bch_write_bdev_super(struct cached_dev *, struct closure *);
919
920 extern struct workqueue_struct *bcache_wq;
921 extern const char * const bch_cache_modes[];
922 extern struct mutex bch_register_lock;
923 extern struct list_head bch_cache_sets;
924
925 extern struct kobj_type bch_cached_dev_ktype;
926 extern struct kobj_type bch_flash_dev_ktype;
927 extern struct kobj_type bch_cache_set_ktype;
928 extern struct kobj_type bch_cache_set_internal_ktype;
929 extern struct kobj_type bch_cache_ktype;
930
931 void bch_cached_dev_release(struct kobject *);
932 void bch_flash_dev_release(struct kobject *);
933 void bch_cache_set_release(struct kobject *);
934 void bch_cache_release(struct kobject *);
935
936 int bch_uuid_write(struct cache_set *);
937 void bcache_write_super(struct cache_set *);
938
939 int bch_flash_dev_create(struct cache_set *c, uint64_t size);
940
941 int bch_cached_dev_attach(struct cached_dev *, struct cache_set *);
942 void bch_cached_dev_detach(struct cached_dev *);
943 void bch_cached_dev_run(struct cached_dev *);
944 void bcache_device_stop(struct bcache_device *);
945
946 void bch_cache_set_unregister(struct cache_set *);
947 void bch_cache_set_stop(struct cache_set *);
948
949 struct cache_set *bch_cache_set_alloc(struct cache_sb *);
950 void bch_btree_cache_free(struct cache_set *);
951 int bch_btree_cache_alloc(struct cache_set *);
952 void bch_moving_init_cache_set(struct cache_set *);
953 int bch_open_buckets_alloc(struct cache_set *);
954 void bch_open_buckets_free(struct cache_set *);
955
956 int bch_cache_allocator_start(struct cache *ca);
957 int bch_cache_allocator_init(struct cache *ca);
958
959 void bch_debug_exit(void);
960 int bch_debug_init(struct kobject *);
961 void bch_request_exit(void);
962 int bch_request_init(void);
963 void bch_btree_exit(void);
964 int bch_btree_init(void);
965
966 #endif /* _BCACHE_H */