net/sunrpc/xprtrdma/xprt_rdma.h

   1 /*
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  38  */
  39
  40 #ifndef _LINUX_SUNRPC_XPRT_RDMA_H
  41 #define _LINUX_SUNRPC_XPRT_RDMA_H
  42
  43 #include <linux/wait.h>                 /* wait_queue_head_t, etc */
  44 #include <linux/spinlock.h>             /* spinlock_t, etc */
  45 #include <linux/atomic.h>                       /* atomic_t, etc */
  46 #include <linux/workqueue.h>            /* struct work_struct */
  47
  48 #include <rdma/rdma_cm.h>               /* RDMA connection api */
  49 #include <rdma/ib_verbs.h>              /* RDMA verbs api */
  50
  51 #include <linux/sunrpc/clnt.h>          /* rpc_xprt */
  52 #include <linux/sunrpc/rpc_rdma.h>      /* RPC/RDMA protocol */
  53 #include <linux/sunrpc/xprtrdma.h>      /* xprt parameters */
  54
  55 #define RDMA_RESOLVE_TIMEOUT    (5000)  /* 5 seconds */
  56 #define RDMA_CONNECT_RETRY_MAX  (2)     /* retries if no listener backlog */
  57
  58 #define RPCRDMA_BIND_TO         (60U * HZ)
  59 #define RPCRDMA_INIT_REEST_TO   (5U * HZ)
  60 #define RPCRDMA_MAX_REEST_TO    (30U * HZ)
  61 #define RPCRDMA_IDLE_DISC_TO    (5U * 60 * HZ)
  62
  63 /*
  64  * Interface Adapter -- one per transport instance
  65  */
  66 struct rpcrdma_ia {
  67         const struct rpcrdma_memreg_ops *ri_ops;
  68         struct ib_device        *ri_device;
  69         struct rdma_cm_id       *ri_id;
  70         struct ib_pd            *ri_pd;
  71         struct ib_mr            *ri_dma_mr;
  72         struct completion       ri_done;
  73         int                     ri_async_rc;
  74         unsigned int            ri_max_frmr_depth;
  75         unsigned int            ri_max_inline_write;
  76         unsigned int            ri_max_inline_read;
  77         struct ib_qp_attr       ri_qp_attr;
  78         struct ib_qp_init_attr  ri_qp_init_attr;
  79 };
  80
  81 /*
  82  * RDMA Endpoint -- one per transport instance
  83  */
  84
  85 struct rpcrdma_ep {
  86         atomic_t                rep_cqcount;
  87         int                     rep_cqinit;
  88         int                     rep_connected;
  89         struct ib_qp_init_attr  rep_attr;
  90         wait_queue_head_t       rep_connect_wait;
  91         struct rdma_conn_param  rep_remote_cma;
  92         struct sockaddr_storage rep_remote_addr;
  93         struct delayed_work     rep_connect_worker;
  94 };
  95
  96 #define INIT_CQCOUNT(ep) atomic_set(&(ep)->rep_cqcount, (ep)->rep_cqinit)
  97 #define DECR_CQCOUNT(ep) atomic_sub_return(1, &(ep)->rep_cqcount)
  98
  99 /* Pre-allocate extra Work Requests for handling backward receives
 100  * and sends. This is a fixed value because the Work Queues are
 101  * allocated when the forward channel is set up.
 102  */
 103 #if defined(CONFIG_SUNRPC_BACKCHANNEL)
 104 #define RPCRDMA_BACKWARD_WRS            (8)
 105 #else
 106 #define RPCRDMA_BACKWARD_WRS            (0)
 107 #endif
 108
 109 /* Registered buffer -- registered kmalloc'd memory for RDMA SEND/RECV
 110  *
 111  * The below structure appears at the front of a large region of kmalloc'd
 112  * memory, which always starts on a good alignment boundary.
 113  */
 114
 115 struct rpcrdma_regbuf {
 116         size_t                  rg_size;
 117         struct rpcrdma_req      *rg_owner;
 118         struct ib_sge           rg_iov;
 119         __be32                  rg_base[0] __attribute__ ((aligned(256)));
 120 };
 121
 122 static inline u64
 123 rdmab_addr(struct rpcrdma_regbuf *rb)
 124 {
 125         return rb->rg_iov.addr;
 126 }
 127
 128 static inline u32
 129 rdmab_length(struct rpcrdma_regbuf *rb)
 130 {
 131         return rb->rg_iov.length;
 132 }
 133
 134 static inline u32
 135 rdmab_lkey(struct rpcrdma_regbuf *rb)
 136 {
 137         return rb->rg_iov.lkey;
 138 }
 139
 140 static inline struct rpcrdma_msg *
 141 rdmab_to_msg(struct rpcrdma_regbuf *rb)
 142 {
 143         return (struct rpcrdma_msg *)rb->rg_base;
 144 }
 145
 146 #define RPCRDMA_DEF_GFP         (GFP_NOIO | __GFP_NOWARN)
 147
 148 /* To ensure a transport can always make forward progress,
 149  * the number of RDMA segments allowed in header chunk lists
 150  * is capped at 8. This prevents less-capable devices and
 151  * memory registrations from overrunning the Send buffer
 152  * while building chunk lists.
 153  *
 154  * Elements of the Read list take up more room than the
 155  * Write list or Reply chunk. 8 read segments means the Read
 156  * list (or Write list or Reply chunk) cannot consume more
 157  * than
 158  *
 159  * ((8 + 2) * read segment size) + 1 XDR words, or 244 bytes.
 160  *
 161  * And the fixed part of the header is another 24 bytes.
 162  *
 163  * The smallest inline threshold is 1024 bytes, ensuring that
 164  * at least 750 bytes are available for RPC messages.
 165  */
 166 #define RPCRDMA_MAX_HDR_SEGS    (8)
 167
 168 /*
 169  * struct rpcrdma_rep -- this structure encapsulates state required to recv
 170  * and complete a reply, asychronously. It needs several pieces of
 171  * state:
 172  *   o recv buffer (posted to provider)
 173  *   o ib_sge (also donated to provider)
 174  *   o status of reply (length, success or not)
 175  *   o bookkeeping state to get run by tasklet (list, etc)
 176  *
 177  * These are allocated during initialization, per-transport instance;
 178  * however, the tasklet execution list itself is global, as it should
 179  * always be pretty short.
 180  *
 181  * N of these are associated with a transport instance, and stored in
 182  * struct rpcrdma_buffer. N is the max number of outstanding requests.
 183  */
 184
 185 #define RPCRDMA_MAX_DATA_SEGS   ((1 * 1024 * 1024) / PAGE_SIZE)
 186
 187 /* data segments + head/tail for Call + head/tail for Reply */
 188 #define RPCRDMA_MAX_SEGS        (RPCRDMA_MAX_DATA_SEGS + 4)
 189
 190 struct rpcrdma_buffer;
 191
 192 struct rpcrdma_rep {
 193         struct ib_cqe           rr_cqe;
 194         unsigned int            rr_len;
 195         struct ib_device        *rr_device;
 196         struct rpcrdma_xprt     *rr_rxprt;
 197         struct work_struct      rr_work;
 198         struct list_head        rr_list;
 199         struct rpcrdma_regbuf   *rr_rdmabuf;
 200 };
 201
 202 #define RPCRDMA_BAD_LEN         (~0U)
 203
 204 /*
 205  * struct rpcrdma_mw - external memory region metadata
 206  *
 207  * An external memory region is any buffer or page that is registered
 208  * on the fly (ie, not pre-registered).
 209  *
 210  * Each rpcrdma_buffer has a list of free MWs anchored in rb_mws. During
 211  * call_allocate, rpcrdma_buffer_get() assigns one to each segment in
 212  * an rpcrdma_req. Then rpcrdma_register_external() grabs these to keep
 213  * track of registration metadata while each RPC is pending.
 214  * rpcrdma_deregister_external() uses this metadata to unmap and
 215  * release these resources when an RPC is complete.
 216  */
 217 enum rpcrdma_frmr_state {
 218         FRMR_IS_INVALID,        /* ready to be used */
 219         FRMR_IS_VALID,          /* in use */
 220         FRMR_IS_STALE,          /* failed completion */
 221 };
 222
 223 struct rpcrdma_frmr {
 224         struct ib_mr                    *fr_mr;
 225         struct ib_cqe                   fr_cqe;
 226         enum rpcrdma_frmr_state         fr_state;
 227         struct completion               fr_linv_done;
 228         union {
 229                 struct ib_reg_wr        fr_regwr;
 230                 struct ib_send_wr       fr_invwr;
 231         };
 232 };
 233
 234 struct rpcrdma_fmr {
 235         struct ib_fmr           *fmr;
 236         u64                     *physaddrs;
 237 };
 238
 239 struct rpcrdma_mw {
 240         struct list_head        mw_list;
 241         struct scatterlist      *mw_sg;
 242         int                     mw_nents;
 243         enum dma_data_direction mw_dir;
 244         union {
 245                 struct rpcrdma_fmr      fmr;
 246                 struct rpcrdma_frmr     frmr;
 247         };
 248         struct work_struct      mw_work;
 249         struct rpcrdma_xprt     *mw_xprt;
 250         struct list_head        mw_all;
 251 };
 252
 253 /*
 254  * struct rpcrdma_req -- structure central to the request/reply sequence.
 255  *
 256  * N of these are associated with a transport instance, and stored in
 257  * struct rpcrdma_buffer. N is the max number of outstanding requests.
 258  *
 259  * It includes pre-registered buffer memory for send AND recv.
 260  * The recv buffer, however, is not owned by this structure, and
 261  * is "donated" to the hardware when a recv is posted. When a
 262  * reply is handled, the recv buffer used is given back to the
 263  * struct rpcrdma_req associated with the request.
 264  *
 265  * In addition to the basic memory, this structure includes an array
 266  * of iovs for send operations. The reason is that the iovs passed to
 267  * ib_post_{send,recv} must not be modified until the work request
 268  * completes.
 269  *
 270  * NOTES:
 271  *   o RPCRDMA_MAX_SEGS is the max number of addressible chunk elements we
 272  *     marshal. The number needed varies depending on the iov lists that
 273  *     are passed to us, the memory registration mode we are in, and if
 274  *     physical addressing is used, the layout.
 275  */
 276
 277 struct rpcrdma_mr_seg {         /* chunk descriptors */
 278         struct rpcrdma_mw *rl_mw;       /* registered MR */
 279         u64             mr_base;        /* registration result */
 280         u32             mr_rkey;        /* registration result */
 281         u32             mr_len;         /* length of chunk or segment */
 282         int             mr_nsegs;       /* number of segments in chunk or 0 */
 283         enum dma_data_direction mr_dir; /* segment mapping direction */
 284         dma_addr_t      mr_dma;         /* segment mapping address */
 285         size_t          mr_dmalen;      /* segment mapping length */
 286         struct page     *mr_page;       /* owning page, if any */
 287         char            *mr_offset;     /* kva if no page, else offset */
 288 };
 289
 290 #define RPCRDMA_MAX_IOVS        (2)
 291
 292 struct rpcrdma_req {
 293         struct list_head        rl_free;
 294         unsigned int            rl_niovs;
 295         unsigned int            rl_nchunks;
 296         unsigned int            rl_connect_cookie;
 297         struct rpc_task         *rl_task;
 298         struct rpcrdma_buffer   *rl_buffer;
 299         struct rpcrdma_rep      *rl_reply;/* holder for reply buffer */
 300         struct ib_sge           rl_send_iov[RPCRDMA_MAX_IOVS];
 301         struct rpcrdma_regbuf   *rl_rdmabuf;
 302         struct rpcrdma_regbuf   *rl_sendbuf;
 303         struct rpcrdma_mr_seg   rl_segments[RPCRDMA_MAX_SEGS];
 304         struct rpcrdma_mr_seg   *rl_nextseg;
 305
 306         struct ib_cqe           rl_cqe;
 307         struct list_head        rl_all;
 308         bool                    rl_backchannel;
 309 };
 310
 311 static inline struct rpcrdma_req *
 312 rpcr_to_rdmar(struct rpc_rqst *rqst)
 313 {
 314         void *buffer = rqst->rq_buffer;
 315         struct rpcrdma_regbuf *rb;
 316
 317         rb = container_of(buffer, struct rpcrdma_regbuf, rg_base);
 318         return rb->rg_owner;
 319 }
 320
 321 /*
 322  * struct rpcrdma_buffer -- holds list/queue of pre-registered memory for
 323  * inline requests/replies, and client/server credits.
 324  *
 325  * One of these is associated with a transport instance
 326  */
 327 struct rpcrdma_buffer {
 328         spinlock_t              rb_mwlock;      /* protect rb_mws list */
 329         struct list_head        rb_mws;
 330         struct list_head        rb_all;
 331         char                    *rb_pool;
 332
 333         spinlock_t              rb_lock;        /* protect buf lists */
 334         struct list_head        rb_send_bufs;
 335         struct list_head        rb_recv_bufs;
 336         u32                     rb_max_requests;
 337         atomic_t                rb_credits;     /* most recent credit grant */
 338
 339         u32                     rb_bc_srv_max_requests;
 340         spinlock_t              rb_reqslock;    /* protect rb_allreqs */
 341         struct list_head        rb_allreqs;
 342
 343         u32                     rb_bc_max_requests;
 344 };
 345 #define rdmab_to_ia(b) (&container_of((b), struct rpcrdma_xprt, rx_buf)->rx_ia)
 346
 347 /*
 348  * Internal structure for transport instance creation. This
 349  * exists primarily for modularity.
 350  *
 351  * This data should be set with mount options
 352  */
 353 struct rpcrdma_create_data_internal {
 354         struct sockaddr_storage addr;   /* RDMA server address */
 355         unsigned int    max_requests;   /* max requests (slots) in flight */
 356         unsigned int    rsize;          /* mount rsize - max read hdr+data */
 357         unsigned int    wsize;          /* mount wsize - max write hdr+data */
 358         unsigned int    inline_rsize;   /* max non-rdma read data payload */
 359         unsigned int    inline_wsize;   /* max non-rdma write data payload */
 360         unsigned int    padding;        /* non-rdma write header padding */
 361 };
 362
 363 #define RPCRDMA_INLINE_READ_THRESHOLD(rq) \
 364         (rpcx_to_rdmad(rq->rq_xprt).inline_rsize)
 365
 366 #define RPCRDMA_INLINE_WRITE_THRESHOLD(rq)\
 367         (rpcx_to_rdmad(rq->rq_xprt).inline_wsize)
 368
 369 #define RPCRDMA_INLINE_PAD_VALUE(rq)\
 370         rpcx_to_rdmad(rq->rq_xprt).padding
 371
 372 /*
 373  * Statistics for RPCRDMA
 374  */
 375 struct rpcrdma_stats {
 376         unsigned long           read_chunk_count;
 377         unsigned long           write_chunk_count;
 378         unsigned long           reply_chunk_count;
 379
 380         unsigned long long      total_rdma_request;
 381         unsigned long long      total_rdma_reply;
 382
 383         unsigned long long      pullup_copy_count;
 384         unsigned long long      fixup_copy_count;
 385         unsigned long           hardway_register_count;
 386         unsigned long           failed_marshal_count;
 387         unsigned long           bad_reply_count;
 388         unsigned long           nomsg_call_count;
 389         unsigned long           bcall_count;
 390 };
 391
 392 /*
 393  * Per-registration mode operations
 394  */
 395 struct rpcrdma_xprt;
 396 struct rpcrdma_memreg_ops {
 397         int             (*ro_map)(struct rpcrdma_xprt *,
 398                                   struct rpcrdma_mr_seg *, int, bool);
 399         void            (*ro_unmap_sync)(struct rpcrdma_xprt *,
 400                                          struct rpcrdma_req *);
 401         void            (*ro_unmap_safe)(struct rpcrdma_xprt *,
 402                                          struct rpcrdma_req *, bool);
 403         int             (*ro_open)(struct rpcrdma_ia *,
 404                                    struct rpcrdma_ep *,
 405                                    struct rpcrdma_create_data_internal *);
 406         size_t          (*ro_maxpages)(struct rpcrdma_xprt *);
 407         int             (*ro_init)(struct rpcrdma_xprt *);
 408         void            (*ro_destroy)(struct rpcrdma_buffer *);
 409         const char      *ro_displayname;
 410 };
 411
 412 extern const struct rpcrdma_memreg_ops rpcrdma_fmr_memreg_ops;
 413 extern const struct rpcrdma_memreg_ops rpcrdma_frwr_memreg_ops;
 414 extern const struct rpcrdma_memreg_ops rpcrdma_physical_memreg_ops;
 415
 416 /*
 417  * RPCRDMA transport -- encapsulates the structures above for
 418  * integration with RPC.
 419  *
 420  * The contained structures are embedded, not pointers,
 421  * for convenience. This structure need not be visible externally.
 422  *
 423  * It is allocated and initialized during mount, and released
 424  * during unmount.
 425  */
 426 struct rpcrdma_xprt {
 427         struct rpc_xprt         rx_xprt;
 428         struct rpcrdma_ia       rx_ia;
 429         struct rpcrdma_ep       rx_ep;
 430         struct rpcrdma_buffer   rx_buf;
 431         struct rpcrdma_create_data_internal rx_data;
 432         struct delayed_work     rx_connect_worker;
 433         struct rpcrdma_stats    rx_stats;
 434 };
 435
 436 #define rpcx_to_rdmax(x) container_of(x, struct rpcrdma_xprt, rx_xprt)
 437 #define rpcx_to_rdmad(x) (rpcx_to_rdmax(x)->rx_data)
 438
 439 /* Setting this to 0 ensures interoperability with early servers.
 440  * Setting this to 1 enhances certain unaligned read/write performance.
 441  * Default is 0, see sysctl entry and rpc_rdma.c rpcrdma_convert_iovs() */
 442 extern int xprt_rdma_pad_optimize;
 443
 444 /*
 445  * Interface Adapter calls - xprtrdma/verbs.c
 446  */
 447 int rpcrdma_ia_open(struct rpcrdma_xprt *, struct sockaddr *, int);
 448 void rpcrdma_ia_close(struct rpcrdma_ia *);
 449
 450 /*
 451  * Endpoint calls - xprtrdma/verbs.c
 452  */
 453 int rpcrdma_ep_create(struct rpcrdma_ep *, struct rpcrdma_ia *,
 454                                 struct rpcrdma_create_data_internal *);
 455 void rpcrdma_ep_destroy(struct rpcrdma_ep *, struct rpcrdma_ia *);
 456 int rpcrdma_ep_connect(struct rpcrdma_ep *, struct rpcrdma_ia *);
 457 void rpcrdma_ep_disconnect(struct rpcrdma_ep *, struct rpcrdma_ia *);
 458
 459 int rpcrdma_ep_post(struct rpcrdma_ia *, struct rpcrdma_ep *,
 460                                 struct rpcrdma_req *);
 461 int rpcrdma_ep_post_recv(struct rpcrdma_ia *, struct rpcrdma_ep *,
 462                                 struct rpcrdma_rep *);
 463
 464 /*
 465  * Buffer calls - xprtrdma/verbs.c
 466  */
 467 struct rpcrdma_req *rpcrdma_create_req(struct rpcrdma_xprt *);
 468 struct rpcrdma_rep *rpcrdma_create_rep(struct rpcrdma_xprt *);
 469 void rpcrdma_destroy_req(struct rpcrdma_ia *, struct rpcrdma_req *);
 470 int rpcrdma_buffer_create(struct rpcrdma_xprt *);
 471 void rpcrdma_buffer_destroy(struct rpcrdma_buffer *);
 472
 473 struct rpcrdma_mw *rpcrdma_get_mw(struct rpcrdma_xprt *);
 474 void rpcrdma_put_mw(struct rpcrdma_xprt *, struct rpcrdma_mw *);
 475 struct rpcrdma_req *rpcrdma_buffer_get(struct rpcrdma_buffer *);
 476 void rpcrdma_buffer_put(struct rpcrdma_req *);
 477 void rpcrdma_recv_buffer_get(struct rpcrdma_req *);
 478 void rpcrdma_recv_buffer_put(struct rpcrdma_rep *);
 479
 480 struct rpcrdma_regbuf *rpcrdma_alloc_regbuf(struct rpcrdma_ia *,
 481                                             size_t, gfp_t);
 482 void rpcrdma_free_regbuf(struct rpcrdma_ia *,
 483                          struct rpcrdma_regbuf *);
 484
 485 int rpcrdma_ep_post_extra_recv(struct rpcrdma_xprt *, unsigned int);
 486
 487 int frwr_alloc_recovery_wq(void);
 488 void frwr_destroy_recovery_wq(void);
 489
 490 int rpcrdma_alloc_wq(void);
 491 void rpcrdma_destroy_wq(void);
 492
 493 /*
 494  * Wrappers for chunk registration, shared by read/write chunk code.
 495  */
 496
 497 void rpcrdma_mapping_error(struct rpcrdma_mr_seg *);
 498
 499 static inline enum dma_data_direction
 500 rpcrdma_data_dir(bool writing)
 501 {
 502         return writing ? DMA_FROM_DEVICE : DMA_TO_DEVICE;
 503 }
 504
 505 static inline void
 506 rpcrdma_map_one(struct ib_device *device, struct rpcrdma_mr_seg *seg,
 507                 enum dma_data_direction direction)
 508 {
 509         seg->mr_dir = direction;
 510         seg->mr_dmalen = seg->mr_len;
 511
 512         if (seg->mr_page)
 513                 seg->mr_dma = ib_dma_map_page(device,
 514                                 seg->mr_page, offset_in_page(seg->mr_offset),
 515                                 seg->mr_dmalen, seg->mr_dir);
 516         else
 517                 seg->mr_dma = ib_dma_map_single(device,
 518                                 seg->mr_offset,
 519                                 seg->mr_dmalen, seg->mr_dir);
 520
 521         if (ib_dma_mapping_error(device, seg->mr_dma))
 522                 rpcrdma_mapping_error(seg);
 523 }
 524
 525 static inline void
 526 rpcrdma_unmap_one(struct ib_device *device, struct rpcrdma_mr_seg *seg)
 527 {
 528         if (seg->mr_page)
 529                 ib_dma_unmap_page(device,
 530                                   seg->mr_dma, seg->mr_dmalen, seg->mr_dir);
 531         else
 532                 ib_dma_unmap_single(device,
 533                                     seg->mr_dma, seg->mr_dmalen, seg->mr_dir);
 534 }
 535
 536 /*
 537  * RPC/RDMA connection management calls - xprtrdma/rpc_rdma.c
 538  */
 539 void rpcrdma_connect_worker(struct work_struct *);
 540 void rpcrdma_conn_func(struct rpcrdma_ep *);
 541 void rpcrdma_reply_handler(struct rpcrdma_rep *);
 542
 543 /*
 544  * RPC/RDMA protocol calls - xprtrdma/rpc_rdma.c
 545  */
 546 int rpcrdma_marshal_req(struct rpc_rqst *);
 547 void rpcrdma_set_max_header_sizes(struct rpcrdma_ia *,
 548                                   struct rpcrdma_create_data_internal *,
 549                                   unsigned int);
 550
 551 /* RPC/RDMA module init - xprtrdma/transport.c
 552  */
 553 extern unsigned int xprt_rdma_max_inline_read;
 554 void xprt_rdma_format_addresses(struct rpc_xprt *xprt, struct sockaddr *sap);
 555 void xprt_rdma_free_addresses(struct rpc_xprt *xprt);
 556 void xprt_rdma_print_stats(struct rpc_xprt *xprt, struct seq_file *seq);
 557 int xprt_rdma_init(void);
 558 void xprt_rdma_cleanup(void);
 559
 560 /* Backchannel calls - xprtrdma/backchannel.c
 561  */
 562 #if defined(CONFIG_SUNRPC_BACKCHANNEL)
 563 int xprt_rdma_bc_setup(struct rpc_xprt *, unsigned int);
 564 int xprt_rdma_bc_up(struct svc_serv *, struct net *);
 565 size_t xprt_rdma_bc_maxpayload(struct rpc_xprt *);
 566 int rpcrdma_bc_post_recv(struct rpcrdma_xprt *, unsigned int);
 567 void rpcrdma_bc_receive_call(struct rpcrdma_xprt *, struct rpcrdma_rep *);
 568 int rpcrdma_bc_marshal_reply(struct rpc_rqst *);
 569 void xprt_rdma_bc_free_rqst(struct rpc_rqst *);
 570 void xprt_rdma_bc_destroy(struct rpc_xprt *, unsigned int);
 571 #endif  /* CONFIG_SUNRPC_BACKCHANNEL */
 572
 573 extern struct xprt_class xprt_rdma_bc;
 574
 575 #endif                          /* _LINUX_SUNRPC_XPRT_RDMA_H */