200efc1b5cf8b312dd3711eab19ef5cb1b2e4955
[cascardo/linux.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         uint8_t         gc_gen;
200         uint16_t        gc_mark; /* Bitfield used by GC. See below for field */
201 };
202
203 /*
204  * I'd use bitfields for these, but I don't trust the compiler not to screw me
205  * as multiple threads touch struct bucket without locking
206  */
207
208 BITMASK(GC_MARK,         struct bucket, gc_mark, 0, 2);
209 #define GC_MARK_RECLAIMABLE     1
210 #define GC_MARK_DIRTY           2
211 #define GC_MARK_METADATA        3
212 #define GC_SECTORS_USED_SIZE    13
213 #define MAX_GC_SECTORS_USED     (~(~0ULL << GC_SECTORS_USED_SIZE))
214 BITMASK(GC_SECTORS_USED, struct bucket, gc_mark, 2, GC_SECTORS_USED_SIZE);
215 BITMASK(GC_MOVE, struct bucket, gc_mark, 15, 1);
216
217 #include "journal.h"
218 #include "stats.h"
219 struct search;
220 struct btree;
221 struct keybuf;
222
223 struct keybuf_key {
224         struct rb_node          node;
225         BKEY_PADDED(key);
226         void                    *private;
227 };
228
229 struct keybuf {
230         struct bkey             last_scanned;
231         spinlock_t              lock;
232
233         /*
234          * Beginning and end of range in rb tree - so that we can skip taking
235          * lock and checking the rb tree when we need to check for overlapping
236          * keys.
237          */
238         struct bkey             start;
239         struct bkey             end;
240
241         struct rb_root          keys;
242
243 #define KEYBUF_NR               500
244         DECLARE_ARRAY_ALLOCATOR(struct keybuf_key, freelist, KEYBUF_NR);
245 };
246
247 struct bio_split_pool {
248         struct bio_set          *bio_split;
249         mempool_t               *bio_split_hook;
250 };
251
252 struct bio_split_hook {
253         struct closure          cl;
254         struct bio_split_pool   *p;
255         struct bio              *bio;
256         bio_end_io_t            *bi_end_io;
257         void                    *bi_private;
258 };
259
260 struct bcache_device {
261         struct closure          cl;
262
263         struct kobject          kobj;
264
265         struct cache_set        *c;
266         unsigned                id;
267 #define BCACHEDEVNAME_SIZE      12
268         char                    name[BCACHEDEVNAME_SIZE];
269
270         struct gendisk          *disk;
271
272         unsigned long           flags;
273 #define BCACHE_DEV_CLOSING      0
274 #define BCACHE_DEV_DETACHING    1
275 #define BCACHE_DEV_UNLINK_DONE  2
276
277         unsigned                nr_stripes;
278         unsigned                stripe_size;
279         atomic_t                *stripe_sectors_dirty;
280         unsigned long           *full_dirty_stripes;
281
282         unsigned long           sectors_dirty_last;
283         long                    sectors_dirty_derivative;
284
285         struct bio_set          *bio_split;
286
287         unsigned                data_csum:1;
288
289         int (*cache_miss)(struct btree *, struct search *,
290                           struct bio *, unsigned);
291         int (*ioctl) (struct bcache_device *, fmode_t, unsigned, unsigned long);
292
293         struct bio_split_pool   bio_split_hook;
294 };
295
296 struct io {
297         /* Used to track sequential IO so it can be skipped */
298         struct hlist_node       hash;
299         struct list_head        lru;
300
301         unsigned long           jiffies;
302         unsigned                sequential;
303         sector_t                last;
304 };
305
306 struct cached_dev {
307         struct list_head        list;
308         struct bcache_device    disk;
309         struct block_device     *bdev;
310
311         struct cache_sb         sb;
312         struct bio              sb_bio;
313         struct bio_vec          sb_bv[1];
314         struct closure          sb_write;
315         struct semaphore        sb_write_mutex;
316
317         /* Refcount on the cache set. Always nonzero when we're caching. */
318         atomic_t                count;
319         struct work_struct      detach;
320
321         /*
322          * Device might not be running if it's dirty and the cache set hasn't
323          * showed up yet.
324          */
325         atomic_t                running;
326
327         /*
328          * Writes take a shared lock from start to finish; scanning for dirty
329          * data to refill the rb tree requires an exclusive lock.
330          */
331         struct rw_semaphore     writeback_lock;
332
333         /*
334          * Nonzero, and writeback has a refcount (d->count), iff there is dirty
335          * data in the cache. Protected by writeback_lock; must have an
336          * shared lock to set and exclusive lock to clear.
337          */
338         atomic_t                has_dirty;
339
340         struct bch_ratelimit    writeback_rate;
341         struct delayed_work     writeback_rate_update;
342
343         /*
344          * Internal to the writeback code, so read_dirty() can keep track of
345          * where it's at.
346          */
347         sector_t                last_read;
348
349         /* Limit number of writeback bios in flight */
350         struct semaphore        in_flight;
351         struct task_struct      *writeback_thread;
352
353         struct keybuf           writeback_keys;
354
355         /* For tracking sequential IO */
356 #define RECENT_IO_BITS  7
357 #define RECENT_IO       (1 << RECENT_IO_BITS)
358         struct io               io[RECENT_IO];
359         struct hlist_head       io_hash[RECENT_IO + 1];
360         struct list_head        io_lru;
361         spinlock_t              io_lock;
362
363         struct cache_accounting accounting;
364
365         /* The rest of this all shows up in sysfs */
366         unsigned                sequential_cutoff;
367         unsigned                readahead;
368
369         unsigned                verify:1;
370         unsigned                bypass_torture_test:1;
371
372         unsigned                partial_stripes_expensive:1;
373         unsigned                writeback_metadata:1;
374         unsigned                writeback_running:1;
375         unsigned char           writeback_percent;
376         unsigned                writeback_delay;
377
378         uint64_t                writeback_rate_target;
379         int64_t                 writeback_rate_proportional;
380         int64_t                 writeback_rate_derivative;
381         int64_t                 writeback_rate_change;
382
383         unsigned                writeback_rate_update_seconds;
384         unsigned                writeback_rate_d_term;
385         unsigned                writeback_rate_p_term_inverse;
386 };
387
388 enum alloc_reserve {
389         RESERVE_BTREE,
390         RESERVE_PRIO,
391         RESERVE_MOVINGGC,
392         RESERVE_NONE,
393         RESERVE_NR,
394 };
395
396 struct cache {
397         struct cache_set        *set;
398         struct cache_sb         sb;
399         struct bio              sb_bio;
400         struct bio_vec          sb_bv[1];
401
402         struct kobject          kobj;
403         struct block_device     *bdev;
404
405         struct task_struct      *alloc_thread;
406
407         struct closure          prio;
408         struct prio_set         *disk_buckets;
409
410         /*
411          * When allocating new buckets, prio_write() gets first dibs - since we
412          * may not be allocate at all without writing priorities and gens.
413          * prio_buckets[] contains the last buckets we wrote priorities to (so
414          * gc can mark them as metadata), prio_next[] contains the buckets
415          * allocated for the next prio write.
416          */
417         uint64_t                *prio_buckets;
418         uint64_t                *prio_last_buckets;
419
420         /*
421          * free: Buckets that are ready to be used
422          *
423          * free_inc: Incoming buckets - these are buckets that currently have
424          * cached data in them, and we can't reuse them until after we write
425          * their new gen to disk. After prio_write() finishes writing the new
426          * gens/prios, they'll be moved to the free list (and possibly discarded
427          * in the process)
428          */
429         DECLARE_FIFO(long, free)[RESERVE_NR];
430         DECLARE_FIFO(long, free_inc);
431
432         size_t                  fifo_last_bucket;
433
434         /* Allocation stuff: */
435         struct bucket           *buckets;
436
437         DECLARE_HEAP(struct bucket *, heap);
438
439         /*
440          * If nonzero, we know we aren't going to find any buckets to invalidate
441          * until a gc finishes - otherwise we could pointlessly burn a ton of
442          * cpu
443          */
444         unsigned                invalidate_needs_gc:1;
445
446         bool                    discard; /* Get rid of? */
447
448         struct journal_device   journal;
449
450         /* The rest of this all shows up in sysfs */
451 #define IO_ERROR_SHIFT          20
452         atomic_t                io_errors;
453         atomic_t                io_count;
454
455         atomic_long_t           meta_sectors_written;
456         atomic_long_t           btree_sectors_written;
457         atomic_long_t           sectors_written;
458
459         struct bio_split_pool   bio_split_hook;
460 };
461
462 struct gc_stat {
463         size_t                  nodes;
464         size_t                  key_bytes;
465
466         size_t                  nkeys;
467         uint64_t                data;   /* sectors */
468         unsigned                in_use; /* percent */
469 };
470
471 /*
472  * Flag bits, for how the cache set is shutting down, and what phase it's at:
473  *
474  * CACHE_SET_UNREGISTERING means we're not just shutting down, we're detaching
475  * all the backing devices first (their cached data gets invalidated, and they
476  * won't automatically reattach).
477  *
478  * CACHE_SET_STOPPING always gets set first when we're closing down a cache set;
479  * we'll continue to run normally for awhile with CACHE_SET_STOPPING set (i.e.
480  * flushing dirty data).
481  */
482 #define CACHE_SET_UNREGISTERING         0
483 #define CACHE_SET_STOPPING              1
484
485 struct cache_set {
486         struct closure          cl;
487
488         struct list_head        list;
489         struct kobject          kobj;
490         struct kobject          internal;
491         struct dentry           *debug;
492         struct cache_accounting accounting;
493
494         unsigned long           flags;
495
496         struct cache_sb         sb;
497
498         struct cache            *cache[MAX_CACHES_PER_SET];
499         struct cache            *cache_by_alloc[MAX_CACHES_PER_SET];
500         int                     caches_loaded;
501
502         struct bcache_device    **devices;
503         struct list_head        cached_devs;
504         uint64_t                cached_dev_sectors;
505         struct closure          caching;
506
507         struct closure          sb_write;
508         struct semaphore        sb_write_mutex;
509
510         mempool_t               *search;
511         mempool_t               *bio_meta;
512         struct bio_set          *bio_split;
513
514         /* For the btree cache */
515         struct shrinker         shrink;
516
517         /* For the btree cache and anything allocation related */
518         struct mutex            bucket_lock;
519
520         /* log2(bucket_size), in sectors */
521         unsigned short          bucket_bits;
522
523         /* log2(block_size), in sectors */
524         unsigned short          block_bits;
525
526         /*
527          * Default number of pages for a new btree node - may be less than a
528          * full bucket
529          */
530         unsigned                btree_pages;
531
532         /*
533          * Lists of struct btrees; lru is the list for structs that have memory
534          * allocated for actual btree node, freed is for structs that do not.
535          *
536          * We never free a struct btree, except on shutdown - we just put it on
537          * the btree_cache_freed list and reuse it later. This simplifies the
538          * code, and it doesn't cost us much memory as the memory usage is
539          * dominated by buffers that hold the actual btree node data and those
540          * can be freed - and the number of struct btrees allocated is
541          * effectively bounded.
542          *
543          * btree_cache_freeable effectively is a small cache - we use it because
544          * high order page allocations can be rather expensive, and it's quite
545          * common to delete and allocate btree nodes in quick succession. It
546          * should never grow past ~2-3 nodes in practice.
547          */
548         struct list_head        btree_cache;
549         struct list_head        btree_cache_freeable;
550         struct list_head        btree_cache_freed;
551
552         /* Number of elements in btree_cache + btree_cache_freeable lists */
553         unsigned                btree_cache_used;
554
555         /*
556          * If we need to allocate memory for a new btree node and that
557          * allocation fails, we can cannibalize another node in the btree cache
558          * to satisfy the allocation - lock to guarantee only one thread does
559          * this at a time:
560          */
561         wait_queue_head_t       btree_cache_wait;
562         struct task_struct      *btree_cache_alloc_lock;
563
564         /*
565          * When we free a btree node, we increment the gen of the bucket the
566          * node is in - but we can't rewrite the prios and gens until we
567          * finished whatever it is we were doing, otherwise after a crash the
568          * btree node would be freed but for say a split, we might not have the
569          * pointers to the new nodes inserted into the btree yet.
570          *
571          * This is a refcount that blocks prio_write() until the new keys are
572          * written.
573          */
574         atomic_t                prio_blocked;
575         wait_queue_head_t       bucket_wait;
576
577         /*
578          * For any bio we don't skip we subtract the number of sectors from
579          * rescale; when it hits 0 we rescale all the bucket priorities.
580          */
581         atomic_t                rescale;
582         /*
583          * When we invalidate buckets, we use both the priority and the amount
584          * of good data to determine which buckets to reuse first - to weight
585          * those together consistently we keep track of the smallest nonzero
586          * priority of any bucket.
587          */
588         uint16_t                min_prio;
589
590         /*
591          * max(gen - gc_gen) for all buckets. When it gets too big we have to gc
592          * to keep gens from wrapping around.
593          */
594         uint8_t                 need_gc;
595         struct gc_stat          gc_stats;
596         size_t                  nbuckets;
597
598         struct task_struct      *gc_thread;
599         /* Where in the btree gc currently is */
600         struct bkey             gc_done;
601
602         /*
603          * The allocation code needs gc_mark in struct bucket to be correct, but
604          * it's not while a gc is in progress. Protected by bucket_lock.
605          */
606         int                     gc_mark_valid;
607
608         /* Counts how many sectors bio_insert has added to the cache */
609         atomic_t                sectors_to_gc;
610
611         wait_queue_head_t       moving_gc_wait;
612         struct keybuf           moving_gc_keys;
613         /* Number of moving GC bios in flight */
614         struct semaphore        moving_in_flight;
615
616         struct workqueue_struct *moving_gc_wq;
617
618         struct btree            *root;
619
620 #ifdef CONFIG_BCACHE_DEBUG
621         struct btree            *verify_data;
622         struct bset             *verify_ondisk;
623         struct mutex            verify_lock;
624 #endif
625
626         unsigned                nr_uuids;
627         struct uuid_entry       *uuids;
628         BKEY_PADDED(uuid_bucket);
629         struct closure          uuid_write;
630         struct semaphore        uuid_write_mutex;
631
632         /*
633          * A btree node on disk could have too many bsets for an iterator to fit
634          * on the stack - have to dynamically allocate them
635          */
636         mempool_t               *fill_iter;
637
638         struct bset_sort_state  sort;
639
640         /* List of buckets we're currently writing data to */
641         struct list_head        data_buckets;
642         spinlock_t              data_bucket_lock;
643
644         struct journal          journal;
645
646 #define CONGESTED_MAX           1024
647         unsigned                congested_last_us;
648         atomic_t                congested;
649
650         /* The rest of this all shows up in sysfs */
651         unsigned                congested_read_threshold_us;
652         unsigned                congested_write_threshold_us;
653
654         struct time_stats       btree_gc_time;
655         struct time_stats       btree_split_time;
656         struct time_stats       btree_read_time;
657
658         atomic_long_t           cache_read_races;
659         atomic_long_t           writeback_keys_done;
660         atomic_long_t           writeback_keys_failed;
661
662         enum                    {
663                 ON_ERROR_UNREGISTER,
664                 ON_ERROR_PANIC,
665         }                       on_error;
666         unsigned                error_limit;
667         unsigned                error_decay;
668
669         unsigned short          journal_delay_ms;
670         bool                    expensive_debug_checks;
671         unsigned                verify:1;
672         unsigned                key_merging_disabled:1;
673         unsigned                gc_always_rewrite:1;
674         unsigned                shrinker_disabled:1;
675         unsigned                copy_gc_enabled:1;
676
677 #define BUCKET_HASH_BITS        12
678         struct hlist_head       bucket_hash[1 << BUCKET_HASH_BITS];
679 };
680
681 struct bbio {
682         unsigned                submit_time_us;
683         union {
684                 struct bkey     key;
685                 uint64_t        _pad[3];
686                 /*
687                  * We only need pad = 3 here because we only ever carry around a
688                  * single pointer - i.e. the pointer we're doing io to/from.
689                  */
690         };
691         struct bio              bio;
692 };
693
694 #define BTREE_PRIO              USHRT_MAX
695 #define INITIAL_PRIO            32768U
696
697 #define btree_bytes(c)          ((c)->btree_pages * PAGE_SIZE)
698 #define btree_blocks(b)                                                 \
699         ((unsigned) (KEY_SIZE(&b->key) >> (b)->c->block_bits))
700
701 #define btree_default_blocks(c)                                         \
702         ((unsigned) ((PAGE_SECTORS * (c)->btree_pages) >> (c)->block_bits))
703
704 #define bucket_pages(c)         ((c)->sb.bucket_size / PAGE_SECTORS)
705 #define bucket_bytes(c)         ((c)->sb.bucket_size << 9)
706 #define block_bytes(c)          ((c)->sb.block_size << 9)
707
708 #define prios_per_bucket(c)                             \
709         ((bucket_bytes(c) - sizeof(struct prio_set)) /  \
710          sizeof(struct bucket_disk))
711 #define prio_buckets(c)                                 \
712         DIV_ROUND_UP((size_t) (c)->sb.nbuckets, prios_per_bucket(c))
713
714 static inline size_t sector_to_bucket(struct cache_set *c, sector_t s)
715 {
716         return s >> c->bucket_bits;
717 }
718
719 static inline sector_t bucket_to_sector(struct cache_set *c, size_t b)
720 {
721         return ((sector_t) b) << c->bucket_bits;
722 }
723
724 static inline sector_t bucket_remainder(struct cache_set *c, sector_t s)
725 {
726         return s & (c->sb.bucket_size - 1);
727 }
728
729 static inline struct cache *PTR_CACHE(struct cache_set *c,
730                                       const struct bkey *k,
731                                       unsigned ptr)
732 {
733         return c->cache[PTR_DEV(k, ptr)];
734 }
735
736 static inline size_t PTR_BUCKET_NR(struct cache_set *c,
737                                    const struct bkey *k,
738                                    unsigned ptr)
739 {
740         return sector_to_bucket(c, PTR_OFFSET(k, ptr));
741 }
742
743 static inline struct bucket *PTR_BUCKET(struct cache_set *c,
744                                         const struct bkey *k,
745                                         unsigned ptr)
746 {
747         return PTR_CACHE(c, k, ptr)->buckets + PTR_BUCKET_NR(c, k, ptr);
748 }
749
750 static inline uint8_t gen_after(uint8_t a, uint8_t b)
751 {
752         uint8_t r = a - b;
753         return r > 128U ? 0 : r;
754 }
755
756 static inline uint8_t ptr_stale(struct cache_set *c, const struct bkey *k,
757                                 unsigned i)
758 {
759         return gen_after(PTR_BUCKET(c, k, i)->gen, PTR_GEN(k, i));
760 }
761
762 static inline bool ptr_available(struct cache_set *c, const struct bkey *k,
763                                  unsigned i)
764 {
765         return (PTR_DEV(k, i) < MAX_CACHES_PER_SET) && PTR_CACHE(c, k, i);
766 }
767
768 /* Btree key macros */
769
770 /*
771  * This is used for various on disk data structures - cache_sb, prio_set, bset,
772  * jset: The checksum is _always_ the first 8 bytes of these structs
773  */
774 #define csum_set(i)                                                     \
775         bch_crc64(((void *) (i)) + sizeof(uint64_t),                    \
776                   ((void *) bset_bkey_last(i)) -                        \
777                   (((void *) (i)) + sizeof(uint64_t)))
778
779 /* Error handling macros */
780
781 #define btree_bug(b, ...)                                               \
782 do {                                                                    \
783         if (bch_cache_set_error((b)->c, __VA_ARGS__))                   \
784                 dump_stack();                                           \
785 } while (0)
786
787 #define cache_bug(c, ...)                                               \
788 do {                                                                    \
789         if (bch_cache_set_error(c, __VA_ARGS__))                        \
790                 dump_stack();                                           \
791 } while (0)
792
793 #define btree_bug_on(cond, b, ...)                                      \
794 do {                                                                    \
795         if (cond)                                                       \
796                 btree_bug(b, __VA_ARGS__);                              \
797 } while (0)
798
799 #define cache_bug_on(cond, c, ...)                                      \
800 do {                                                                    \
801         if (cond)                                                       \
802                 cache_bug(c, __VA_ARGS__);                              \
803 } while (0)
804
805 #define cache_set_err_on(cond, c, ...)                                  \
806 do {                                                                    \
807         if (cond)                                                       \
808                 bch_cache_set_error(c, __VA_ARGS__);                    \
809 } while (0)
810
811 /* Looping macros */
812
813 #define for_each_cache(ca, cs, iter)                                    \
814         for (iter = 0; ca = cs->cache[iter], iter < (cs)->sb.nr_in_set; iter++)
815
816 #define for_each_bucket(b, ca)                                          \
817         for (b = (ca)->buckets + (ca)->sb.first_bucket;                 \
818              b < (ca)->buckets + (ca)->sb.nbuckets; b++)
819
820 static inline void cached_dev_put(struct cached_dev *dc)
821 {
822         if (atomic_dec_and_test(&dc->count))
823                 schedule_work(&dc->detach);
824 }
825
826 static inline bool cached_dev_get(struct cached_dev *dc)
827 {
828         if (!atomic_inc_not_zero(&dc->count))
829                 return false;
830
831         /* Paired with the mb in cached_dev_attach */
832         smp_mb__after_atomic_inc();
833         return true;
834 }
835
836 /*
837  * bucket_gc_gen() returns the difference between the bucket's current gen and
838  * the oldest gen of any pointer into that bucket in the btree (last_gc).
839  */
840
841 static inline uint8_t bucket_gc_gen(struct bucket *b)
842 {
843         return b->gen - b->last_gc;
844 }
845
846 #define BUCKET_GC_GEN_MAX       96U
847
848 #define kobj_attribute_write(n, fn)                                     \
849         static struct kobj_attribute ksysfs_##n = __ATTR(n, S_IWUSR, NULL, fn)
850
851 #define kobj_attribute_rw(n, show, store)                               \
852         static struct kobj_attribute ksysfs_##n =                       \
853                 __ATTR(n, S_IWUSR|S_IRUSR, show, store)
854
855 static inline void wake_up_allocators(struct cache_set *c)
856 {
857         struct cache *ca;
858         unsigned i;
859
860         for_each_cache(ca, c, i)
861                 wake_up_process(ca->alloc_thread);
862 }
863
864 /* Forward declarations */
865
866 void bch_count_io_errors(struct cache *, int, const char *);
867 void bch_bbio_count_io_errors(struct cache_set *, struct bio *,
868                               int, const char *);
869 void bch_bbio_endio(struct cache_set *, struct bio *, int, const char *);
870 void bch_bbio_free(struct bio *, struct cache_set *);
871 struct bio *bch_bbio_alloc(struct cache_set *);
872
873 void bch_generic_make_request(struct bio *, struct bio_split_pool *);
874 void __bch_submit_bbio(struct bio *, struct cache_set *);
875 void bch_submit_bbio(struct bio *, struct cache_set *, struct bkey *, unsigned);
876
877 uint8_t bch_inc_gen(struct cache *, struct bucket *);
878 void bch_rescale_priorities(struct cache_set *, int);
879
880 bool bch_can_invalidate_bucket(struct cache *, struct bucket *);
881 void __bch_invalidate_one_bucket(struct cache *, struct bucket *);
882
883 void __bch_bucket_free(struct cache *, struct bucket *);
884 void bch_bucket_free(struct cache_set *, struct bkey *);
885
886 long bch_bucket_alloc(struct cache *, unsigned, bool);
887 int __bch_bucket_alloc_set(struct cache_set *, unsigned,
888                            struct bkey *, int, bool);
889 int bch_bucket_alloc_set(struct cache_set *, unsigned,
890                          struct bkey *, int, bool);
891 bool bch_alloc_sectors(struct cache_set *, struct bkey *, unsigned,
892                        unsigned, unsigned, bool);
893
894 __printf(2, 3)
895 bool bch_cache_set_error(struct cache_set *, const char *, ...);
896
897 void bch_prio_write(struct cache *);
898 void bch_write_bdev_super(struct cached_dev *, struct closure *);
899
900 extern struct workqueue_struct *bcache_wq;
901 extern const char * const bch_cache_modes[];
902 extern struct mutex bch_register_lock;
903 extern struct list_head bch_cache_sets;
904
905 extern struct kobj_type bch_cached_dev_ktype;
906 extern struct kobj_type bch_flash_dev_ktype;
907 extern struct kobj_type bch_cache_set_ktype;
908 extern struct kobj_type bch_cache_set_internal_ktype;
909 extern struct kobj_type bch_cache_ktype;
910
911 void bch_cached_dev_release(struct kobject *);
912 void bch_flash_dev_release(struct kobject *);
913 void bch_cache_set_release(struct kobject *);
914 void bch_cache_release(struct kobject *);
915
916 int bch_uuid_write(struct cache_set *);
917 void bcache_write_super(struct cache_set *);
918
919 int bch_flash_dev_create(struct cache_set *c, uint64_t size);
920
921 int bch_cached_dev_attach(struct cached_dev *, struct cache_set *);
922 void bch_cached_dev_detach(struct cached_dev *);
923 void bch_cached_dev_run(struct cached_dev *);
924 void bcache_device_stop(struct bcache_device *);
925
926 void bch_cache_set_unregister(struct cache_set *);
927 void bch_cache_set_stop(struct cache_set *);
928
929 struct cache_set *bch_cache_set_alloc(struct cache_sb *);
930 void bch_btree_cache_free(struct cache_set *);
931 int bch_btree_cache_alloc(struct cache_set *);
932 void bch_moving_init_cache_set(struct cache_set *);
933 int bch_open_buckets_alloc(struct cache_set *);
934 void bch_open_buckets_free(struct cache_set *);
935
936 int bch_cache_allocator_start(struct cache *ca);
937
938 void bch_debug_exit(void);
939 int bch_debug_init(struct kobject *);
940 void bch_request_exit(void);
941 int bch_request_init(void);
942
943 #endif /* _BCACHE_H */