cw1200: When debug is enabled, display all wakeup conditions for the wait_event_inter...
[firefly-linux-kernel-4.4.55.git] / drivers / md / bcache / btree.h
1 #ifndef _BCACHE_BTREE_H
2 #define _BCACHE_BTREE_H
3
4 /*
5  * THE BTREE:
6  *
7  * At a high level, bcache's btree is relatively standard b+ tree. All keys and
8  * pointers are in the leaves; interior nodes only have pointers to the child
9  * nodes.
10  *
11  * In the interior nodes, a struct bkey always points to a child btree node, and
12  * the key is the highest key in the child node - except that the highest key in
13  * an interior node is always MAX_KEY. The size field refers to the size on disk
14  * of the child node - this would allow us to have variable sized btree nodes
15  * (handy for keeping the depth of the btree 1 by expanding just the root).
16  *
17  * Btree nodes are themselves log structured, but this is hidden fairly
18  * thoroughly. Btree nodes on disk will in practice have extents that overlap
19  * (because they were written at different times), but in memory we never have
20  * overlapping extents - when we read in a btree node from disk, the first thing
21  * we do is resort all the sets of keys with a mergesort, and in the same pass
22  * we check for overlapping extents and adjust them appropriately.
23  *
24  * struct btree_op is a central interface to the btree code. It's used for
25  * specifying read vs. write locking, and the embedded closure is used for
26  * waiting on IO or reserve memory.
27  *
28  * BTREE CACHE:
29  *
30  * Btree nodes are cached in memory; traversing the btree might require reading
31  * in btree nodes which is handled mostly transparently.
32  *
33  * bch_btree_node_get() looks up a btree node in the cache and reads it in from
34  * disk if necessary. This function is almost never called directly though - the
35  * btree() macro is used to get a btree node, call some function on it, and
36  * unlock the node after the function returns.
37  *
38  * The root is special cased - it's taken out of the cache's lru (thus pinning
39  * it in memory), so we can find the root of the btree by just dereferencing a
40  * pointer instead of looking it up in the cache. This makes locking a bit
41  * tricky, since the root pointer is protected by the lock in the btree node it
42  * points to - the btree_root() macro handles this.
43  *
44  * In various places we must be able to allocate memory for multiple btree nodes
45  * in order to make forward progress. To do this we use the btree cache itself
46  * as a reserve; if __get_free_pages() fails, we'll find a node in the btree
47  * cache we can reuse. We can't allow more than one thread to be doing this at a
48  * time, so there's a lock, implemented by a pointer to the btree_op closure -
49  * this allows the btree_root() macro to implicitly release this lock.
50  *
51  * BTREE IO:
52  *
53  * Btree nodes never have to be explicitly read in; bch_btree_node_get() handles
54  * this.
55  *
56  * For writing, we have two btree_write structs embeddded in struct btree - one
57  * write in flight, and one being set up, and we toggle between them.
58  *
59  * Writing is done with a single function -  bch_btree_write() really serves two
60  * different purposes and should be broken up into two different functions. When
61  * passing now = false, it merely indicates that the node is now dirty - calling
62  * it ensures that the dirty keys will be written at some point in the future.
63  *
64  * When passing now = true, bch_btree_write() causes a write to happen
65  * "immediately" (if there was already a write in flight, it'll cause the write
66  * to happen as soon as the previous write completes). It returns immediately
67  * though - but it takes a refcount on the closure in struct btree_op you passed
68  * to it, so a closure_sync() later can be used to wait for the write to
69  * complete.
70  *
71  * This is handy because btree_split() and garbage collection can issue writes
72  * in parallel, reducing the amount of time they have to hold write locks.
73  *
74  * LOCKING:
75  *
76  * When traversing the btree, we may need write locks starting at some level -
77  * inserting a key into the btree will typically only require a write lock on
78  * the leaf node.
79  *
80  * This is specified with the lock field in struct btree_op; lock = 0 means we
81  * take write locks at level <= 0, i.e. only leaf nodes. bch_btree_node_get()
82  * checks this field and returns the node with the appropriate lock held.
83  *
84  * If, after traversing the btree, the insertion code discovers it has to split
85  * then it must restart from the root and take new locks - to do this it changes
86  * the lock field and returns -EINTR, which causes the btree_root() macro to
87  * loop.
88  *
89  * Handling cache misses require a different mechanism for upgrading to a write
90  * lock. We do cache lookups with only a read lock held, but if we get a cache
91  * miss and we wish to insert this data into the cache, we have to insert a
92  * placeholder key to detect races - otherwise, we could race with a write and
93  * overwrite the data that was just written to the cache with stale data from
94  * the backing device.
95  *
96  * For this we use a sequence number that write locks and unlocks increment - to
97  * insert the check key it unlocks the btree node and then takes a write lock,
98  * and fails if the sequence number doesn't match.
99  */
100
101 #include "bset.h"
102 #include "debug.h"
103
104 struct btree_write {
105         struct closure          *owner;
106         atomic_t                *journal;
107
108         /* If btree_split() frees a btree node, it writes a new pointer to that
109          * btree node indicating it was freed; it takes a refcount on
110          * c->prio_blocked because we can't write the gens until the new
111          * pointer is on disk. This allows btree_write_endio() to release the
112          * refcount that btree_split() took.
113          */
114         int                     prio_blocked;
115 };
116
117 struct btree {
118         /* Hottest entries first */
119         struct hlist_node       hash;
120
121         /* Key/pointer for this btree node */
122         BKEY_PADDED(key);
123
124         /* Single bit - set when accessed, cleared by shrinker */
125         unsigned long           accessed;
126         unsigned long           seq;
127         struct rw_semaphore     lock;
128         struct cache_set        *c;
129
130         unsigned long           flags;
131         uint16_t                written;        /* would be nice to kill */
132         uint8_t                 level;
133         uint8_t                 nsets;
134         uint8_t                 page_order;
135
136         /*
137          * Set of sorted keys - the real btree node - plus a binary search tree
138          *
139          * sets[0] is special; set[0]->tree, set[0]->prev and set[0]->data point
140          * to the memory we have allocated for this btree node. Additionally,
141          * set[0]->data points to the entire btree node as it exists on disk.
142          */
143         struct bset_tree        sets[MAX_BSETS];
144
145         /* Used to refcount bio splits, also protects b->bio */
146         struct closure_with_waitlist    io;
147
148         /* Gets transferred to w->prio_blocked - see the comment there */
149         int                     prio_blocked;
150
151         struct list_head        list;
152         struct delayed_work     work;
153
154         uint64_t                io_start_time;
155         struct btree_write      writes[2];
156         struct bio              *bio;
157 };
158
159 #define BTREE_FLAG(flag)                                                \
160 static inline bool btree_node_ ## flag(struct btree *b)                 \
161 {       return test_bit(BTREE_NODE_ ## flag, &b->flags); }              \
162                                                                         \
163 static inline void set_btree_node_ ## flag(struct btree *b)             \
164 {       set_bit(BTREE_NODE_ ## flag, &b->flags); }                      \
165
166 enum btree_flags {
167         BTREE_NODE_read_done,
168         BTREE_NODE_io_error,
169         BTREE_NODE_dirty,
170         BTREE_NODE_write_idx,
171 };
172
173 BTREE_FLAG(read_done);
174 BTREE_FLAG(io_error);
175 BTREE_FLAG(dirty);
176 BTREE_FLAG(write_idx);
177
178 static inline struct btree_write *btree_current_write(struct btree *b)
179 {
180         return b->writes + btree_node_write_idx(b);
181 }
182
183 static inline struct btree_write *btree_prev_write(struct btree *b)
184 {
185         return b->writes + (btree_node_write_idx(b) ^ 1);
186 }
187
188 static inline unsigned bset_offset(struct btree *b, struct bset *i)
189 {
190         return (((size_t) i) - ((size_t) b->sets->data)) >> 9;
191 }
192
193 static inline struct bset *write_block(struct btree *b)
194 {
195         return ((void *) b->sets[0].data) + b->written * block_bytes(b->c);
196 }
197
198 static inline bool bset_written(struct btree *b, struct bset_tree *t)
199 {
200         return t->data < write_block(b);
201 }
202
203 static inline bool bkey_written(struct btree *b, struct bkey *k)
204 {
205         return k < write_block(b)->start;
206 }
207
208 static inline void set_gc_sectors(struct cache_set *c)
209 {
210         atomic_set(&c->sectors_to_gc, c->sb.bucket_size * c->nbuckets / 8);
211 }
212
213 static inline bool bch_ptr_invalid(struct btree *b, const struct bkey *k)
214 {
215         return __bch_ptr_invalid(b->c, b->level, k);
216 }
217
218 static inline struct bkey *bch_btree_iter_init(struct btree *b,
219                                                struct btree_iter *iter,
220                                                struct bkey *search)
221 {
222         return __bch_btree_iter_init(b, iter, search, b->sets);
223 }
224
225 /* Looping macros */
226
227 #define for_each_cached_btree(b, c, iter)                               \
228         for (iter = 0;                                                  \
229              iter < ARRAY_SIZE((c)->bucket_hash);                       \
230              iter++)                                                    \
231                 hlist_for_each_entry_rcu((b), (c)->bucket_hash + iter, hash)
232
233 #define for_each_key_filter(b, k, iter, filter)                         \
234         for (bch_btree_iter_init((b), (iter), NULL);                    \
235              ((k) = bch_btree_iter_next_filter((iter), b, filter));)
236
237 #define for_each_key(b, k, iter)                                        \
238         for (bch_btree_iter_init((b), (iter), NULL);                    \
239              ((k) = bch_btree_iter_next(iter));)
240
241 /* Recursing down the btree */
242
243 struct btree_op {
244         struct closure          cl;
245         struct cache_set        *c;
246
247         /* Journal entry we have a refcount on */
248         atomic_t                *journal;
249
250         /* Bio to be inserted into the cache */
251         struct bio              *cache_bio;
252
253         unsigned                inode;
254
255         uint16_t                write_prio;
256
257         /* Btree level at which we start taking write locks */
258         short                   lock;
259
260         /* Btree insertion type */
261         enum {
262                 BTREE_INSERT,
263                 BTREE_REPLACE
264         } type:8;
265
266         unsigned                csum:1;
267         unsigned                skip:1;
268         unsigned                flush_journal:1;
269
270         unsigned                insert_data_done:1;
271         unsigned                lookup_done:1;
272         unsigned                insert_collision:1;
273
274         /* Anything after this point won't get zeroed in do_bio_hook() */
275
276         /* Keys to be inserted */
277         struct keylist          keys;
278         BKEY_PADDED(replace);
279 };
280
281 void bch_btree_op_init_stack(struct btree_op *);
282
283 static inline void rw_lock(bool w, struct btree *b, int level)
284 {
285         w ? down_write_nested(&b->lock, level + 1)
286           : down_read_nested(&b->lock, level + 1);
287         if (w)
288                 b->seq++;
289 }
290
291 static inline void rw_unlock(bool w, struct btree *b)
292 {
293 #ifdef CONFIG_BCACHE_EDEBUG
294         unsigned i;
295
296         if (w &&
297             b->key.ptr[0] &&
298             btree_node_read_done(b))
299                 for (i = 0; i <= b->nsets; i++)
300                         bch_check_key_order(b, b->sets[i].data);
301 #endif
302
303         if (w)
304                 b->seq++;
305         (w ? up_write : up_read)(&b->lock);
306 }
307
308 #define insert_lock(s, b)       ((b)->level <= (s)->lock)
309
310 /*
311  * These macros are for recursing down the btree - they handle the details of
312  * locking and looking up nodes in the cache for you. They're best treated as
313  * mere syntax when reading code that uses them.
314  *
315  * op->lock determines whether we take a read or a write lock at a given depth.
316  * If you've got a read lock and find that you need a write lock (i.e. you're
317  * going to have to split), set op->lock and return -EINTR; btree_root() will
318  * call you again and you'll have the correct lock.
319  */
320
321 /**
322  * btree - recurse down the btree on a specified key
323  * @fn:         function to call, which will be passed the child node
324  * @key:        key to recurse on
325  * @b:          parent btree node
326  * @op:         pointer to struct btree_op
327  */
328 #define btree(fn, key, b, op, ...)                                      \
329 ({                                                                      \
330         int _r, l = (b)->level - 1;                                     \
331         bool _w = l <= (op)->lock;                                      \
332         struct btree *_b = bch_btree_node_get((b)->c, key, l, op);      \
333         if (!IS_ERR(_b)) {                                              \
334                 _r = bch_btree_ ## fn(_b, op, ##__VA_ARGS__);           \
335                 rw_unlock(_w, _b);                                      \
336         } else                                                          \
337                 _r = PTR_ERR(_b);                                       \
338         _r;                                                             \
339 })
340
341 /**
342  * btree_root - call a function on the root of the btree
343  * @fn:         function to call, which will be passed the child node
344  * @c:          cache set
345  * @op:         pointer to struct btree_op
346  */
347 #define btree_root(fn, c, op, ...)                                      \
348 ({                                                                      \
349         int _r = -EINTR;                                                \
350         do {                                                            \
351                 struct btree *_b = (c)->root;                           \
352                 bool _w = insert_lock(op, _b);                          \
353                 rw_lock(_w, _b, _b->level);                             \
354                 if (_b == (c)->root &&                                  \
355                     _w == insert_lock(op, _b))                          \
356                         _r = bch_btree_ ## fn(_b, op, ##__VA_ARGS__);   \
357                 rw_unlock(_w, _b);                                      \
358                 bch_cannibalize_unlock(c, &(op)->cl);           \
359         } while (_r == -EINTR);                                         \
360                                                                         \
361         _r;                                                             \
362 })
363
364 static inline bool should_split(struct btree *b)
365 {
366         struct bset *i = write_block(b);
367         return b->written >= btree_blocks(b) ||
368                 (i->seq == b->sets[0].data->seq &&
369                  b->written + __set_blocks(i, i->keys + 15, b->c)
370                  > btree_blocks(b));
371 }
372
373 void bch_btree_read_done(struct closure *);
374 void bch_btree_read(struct btree *);
375 void bch_btree_write(struct btree *b, bool now, struct btree_op *op);
376
377 void bch_cannibalize_unlock(struct cache_set *, struct closure *);
378 void bch_btree_set_root(struct btree *);
379 struct btree *bch_btree_node_alloc(struct cache_set *, int, struct closure *);
380 struct btree *bch_btree_node_get(struct cache_set *, struct bkey *,
381                                 int, struct btree_op *);
382
383 bool bch_btree_insert_keys(struct btree *, struct btree_op *);
384 bool bch_btree_insert_check_key(struct btree *, struct btree_op *,
385                                    struct bio *);
386 int bch_btree_insert(struct btree_op *, struct cache_set *);
387
388 int bch_btree_search_recurse(struct btree *, struct btree_op *);
389
390 void bch_queue_gc(struct cache_set *);
391 size_t bch_btree_gc_finish(struct cache_set *);
392 void bch_moving_gc(struct closure *);
393 int bch_btree_check(struct cache_set *, struct btree_op *);
394 uint8_t __bch_btree_mark_key(struct cache_set *, int, struct bkey *);
395
396 void bch_keybuf_init(struct keybuf *, keybuf_pred_fn *);
397 void bch_refill_keybuf(struct cache_set *, struct keybuf *, struct bkey *);
398 bool bch_keybuf_check_overlapping(struct keybuf *, struct bkey *,
399                                   struct bkey *);
400 void bch_keybuf_del(struct keybuf *, struct keybuf_key *);
401 struct keybuf_key *bch_keybuf_next(struct keybuf *);
402 struct keybuf_key *bch_keybuf_next_rescan(struct cache_set *,
403                                           struct keybuf *, struct bkey *);
404
405 #endif