net/sunrpc/xprtrdma/xprt_rdma.h

   1 /*
   2  * Copyright (c) 2003-2007 Network Appliance, Inc. All rights reserved.
   3  *
   4  * This software is available to you under a choice of one of two
   5  * licenses.  You may choose to be licensed under the terms of the GNU
   6  * General Public License (GPL) Version 2, available from the file
   7  * COPYING in the main directory of this source tree, or the BSD-type
   8  * license below:
   9  *
  10  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
  11  * modification, are permitted provided that the following conditions
  12  * are met:
  13  *
  14  *      Redistributions of source code must retain the above copyright
  15  *      notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  16  *
  17  *      Redistributions in binary form must reproduce the above
  18  *      copyright notice, this list of conditions and the following
  19  *      disclaimer in the documentation and/or other materials provided
  20  *      with the distribution.
  21  *
  22  *      Neither the name of the Network Appliance, Inc. nor the names of
  23  *      its contributors may be used to endorse or promote products
  24  *      derived from this software without specific prior written
  25  *      permission.
  26  *
  27  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE COPYRIGHT HOLDERS AND CONTRIBUTORS
  28  * "AS IS" AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT
  29  * LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR
  30  * A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED. IN NO EVENT SHALL THE COPYRIGHT
  31  * OWNER OR CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL,
  32  * SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT
  33  * LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE,
  34  * DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY
  35  * THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT
  36  * (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE
  37  * OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
  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 #include <linux/sunrpc/svc.h>           /* RPCSVC_MAXPAYLOAD */
  55
  56 #define RDMA_RESOLVE_TIMEOUT    (5000)  /* 5 seconds */
  57 #define RDMA_CONNECT_RETRY_MAX  (2)     /* retries if no listener backlog */
  58
  59 /*
  60  * Interface Adapter -- one per transport instance
  61  */
  62 struct rpcrdma_ia {
  63         const struct rpcrdma_memreg_ops *ri_ops;
  64         rwlock_t                ri_qplock;
  65         struct ib_device        *ri_device;
  66         struct rdma_cm_id       *ri_id;
  67         struct ib_pd            *ri_pd;
  68         struct ib_mr            *ri_bind_mem;
  69         u32                     ri_dma_lkey;
  70         int                     ri_have_dma_lkey;
  71         struct completion       ri_done;
  72         int                     ri_async_rc;
  73         enum rpcrdma_memreg     ri_memreg_strategy;
  74         unsigned int            ri_max_frmr_depth;
  75         struct ib_device_attr   ri_devattr;
  76         struct ib_qp_attr       ri_qp_attr;
  77         struct ib_qp_init_attr  ri_qp_init_attr;
  78 };
  79
  80 /*
  81  * RDMA Endpoint -- one per transport instance
  82  */
  83
  84 #define RPCRDMA_WC_BUDGET       (128)
  85 #define RPCRDMA_POLLSIZE        (16)
  86
  87 struct rpcrdma_ep {
  88         atomic_t                rep_cqcount;
  89         int                     rep_cqinit;
  90         int                     rep_connected;
  91         struct ib_qp_init_attr  rep_attr;
  92         wait_queue_head_t       rep_connect_wait;
  93         struct rpcrdma_regbuf   *rep_padbuf;
  94         struct rdma_conn_param  rep_remote_cma;
  95         struct sockaddr_storage rep_remote_addr;
  96         struct delayed_work     rep_connect_worker;
  97         struct ib_wc            rep_send_wcs[RPCRDMA_POLLSIZE];
  98         struct ib_wc            rep_recv_wcs[RPCRDMA_POLLSIZE];
  99 };
 100
 101 /*
 102  * Force a signaled SEND Work Request every so often,
 103  * in case the provider needs to do some housekeeping.
 104  */
 105 #define RPCRDMA_MAX_UNSIGNALED_SENDS    (32)
 106
 107 #define INIT_CQCOUNT(ep) atomic_set(&(ep)->rep_cqcount, (ep)->rep_cqinit)
 108 #define DECR_CQCOUNT(ep) atomic_sub_return(1, &(ep)->rep_cqcount)
 109
 110 /* Force completion handler to ignore the signal
 111  */
 112 #define RPCRDMA_IGNORE_COMPLETION       (0ULL)
 113
 114 /* Registered buffer -- registered kmalloc'd memory for RDMA SEND/RECV
 115  *
 116  * The below structure appears at the front of a large region of kmalloc'd
 117  * memory, which always starts on a good alignment boundary.
 118  */
 119
 120 struct rpcrdma_regbuf {
 121         size_t                  rg_size;
 122         struct rpcrdma_req      *rg_owner;
 123         struct ib_mr            *rg_mr;
 124         struct ib_sge           rg_iov;
 125         __be32                  rg_base[0] __attribute__ ((aligned(256)));
 126 };
 127
 128 static inline u64
 129 rdmab_addr(struct rpcrdma_regbuf *rb)
 130 {
 131         return rb->rg_iov.addr;
 132 }
 133
 134 static inline u32
 135 rdmab_length(struct rpcrdma_regbuf *rb)
 136 {
 137         return rb->rg_iov.length;
 138 }
 139
 140 static inline u32
 141 rdmab_lkey(struct rpcrdma_regbuf *rb)
 142 {
 143         return rb->rg_iov.lkey;
 144 }
 145
 146 static inline struct rpcrdma_msg *
 147 rdmab_to_msg(struct rpcrdma_regbuf *rb)
 148 {
 149         return (struct rpcrdma_msg *)rb->rg_base;
 150 }
 151
 152 /*
 153  * struct rpcrdma_rep -- this structure encapsulates state required to recv
 154  * and complete a reply, asychronously. It needs several pieces of
 155  * state:
 156  *   o recv buffer (posted to provider)
 157  *   o ib_sge (also donated to provider)
 158  *   o status of reply (length, success or not)
 159  *   o bookkeeping state to get run by tasklet (list, etc)
 160  *
 161  * These are allocated during initialization, per-transport instance;
 162  * however, the tasklet execution list itself is global, as it should
 163  * always be pretty short.
 164  *
 165  * N of these are associated with a transport instance, and stored in
 166  * struct rpcrdma_buffer. N is the max number of outstanding requests.
 167  */
 168
 169 /* temporary static scatter/gather max */
 170 #define RPCRDMA_MAX_DATA_SEGS   (64)    /* max scatter/gather */
 171 #define RPCRDMA_MAX_SEGS        (RPCRDMA_MAX_DATA_SEGS + 2) /* head+tail = 2 */
 172
 173 struct rpcrdma_buffer;
 174
 175 struct rpcrdma_rep {
 176         unsigned int            rr_len;
 177         struct ib_device        *rr_device;
 178         struct rpcrdma_xprt     *rr_rxprt;
 179         struct list_head        rr_list;
 180         struct rpcrdma_regbuf   *rr_rdmabuf;
 181 };
 182
 183 /*
 184  * struct rpcrdma_mw - external memory region metadata
 185  *
 186  * An external memory region is any buffer or page that is registered
 187  * on the fly (ie, not pre-registered).
 188  *
 189  * Each rpcrdma_buffer has a list of free MWs anchored in rb_mws. During
 190  * call_allocate, rpcrdma_buffer_get() assigns one to each segment in
 191  * an rpcrdma_req. Then rpcrdma_register_external() grabs these to keep
 192  * track of registration metadata while each RPC is pending.
 193  * rpcrdma_deregister_external() uses this metadata to unmap and
 194  * release these resources when an RPC is complete.
 195  */
 196 enum rpcrdma_frmr_state {
 197         FRMR_IS_INVALID,        /* ready to be used */
 198         FRMR_IS_VALID,          /* in use */
 199         FRMR_IS_STALE,          /* failed completion */
 200 };
 201
 202 struct rpcrdma_frmr {
 203         struct ib_fast_reg_page_list    *fr_pgl;
 204         struct ib_mr                    *fr_mr;
 205         enum rpcrdma_frmr_state         fr_state;
 206         struct work_struct              fr_work;
 207         struct rpcrdma_xprt             *fr_xprt;
 208 };
 209
 210 struct rpcrdma_mw {
 211         union {
 212                 struct ib_fmr           *fmr;
 213                 struct rpcrdma_frmr     frmr;
 214         } r;
 215         void                    (*mw_sendcompletion)(struct ib_wc *);
 216         struct list_head        mw_list;
 217         struct list_head        mw_all;
 218 };
 219
 220 /*
 221  * struct rpcrdma_req -- structure central to the request/reply sequence.
 222  *
 223  * N of these are associated with a transport instance, and stored in
 224  * struct rpcrdma_buffer. N is the max number of outstanding requests.
 225  *
 226  * It includes pre-registered buffer memory for send AND recv.
 227  * The recv buffer, however, is not owned by this structure, and
 228  * is "donated" to the hardware when a recv is posted. When a
 229  * reply is handled, the recv buffer used is given back to the
 230  * struct rpcrdma_req associated with the request.
 231  *
 232  * In addition to the basic memory, this structure includes an array
 233  * of iovs for send operations. The reason is that the iovs passed to
 234  * ib_post_{send,recv} must not be modified until the work request
 235  * completes.
 236  *
 237  * NOTES:
 238  *   o RPCRDMA_MAX_SEGS is the max number of addressible chunk elements we
 239  *     marshal. The number needed varies depending on the iov lists that
 240  *     are passed to us, the memory registration mode we are in, and if
 241  *     physical addressing is used, the layout.
 242  */
 243
 244 struct rpcrdma_mr_seg {         /* chunk descriptors */
 245         struct rpcrdma_mw *rl_mw;       /* registered MR */
 246         u64             mr_base;        /* registration result */
 247         u32             mr_rkey;        /* registration result */
 248         u32             mr_len;         /* length of chunk or segment */
 249         int             mr_nsegs;       /* number of segments in chunk or 0 */
 250         enum dma_data_direction mr_dir; /* segment mapping direction */
 251         dma_addr_t      mr_dma;         /* segment mapping address */
 252         size_t          mr_dmalen;      /* segment mapping length */
 253         struct page     *mr_page;       /* owning page, if any */
 254         char            *mr_offset;     /* kva if no page, else offset */
 255 };
 256
 257 struct rpcrdma_req {
 258         unsigned int    rl_niovs;       /* 0, 2 or 4 */
 259         unsigned int    rl_nchunks;     /* non-zero if chunks */
 260         unsigned int    rl_connect_cookie;      /* retry detection */
 261         struct rpcrdma_buffer *rl_buffer; /* home base for this structure */
 262         struct rpcrdma_rep      *rl_reply;/* holder for reply buffer */
 263         struct ib_sge   rl_send_iov[4]; /* for active requests */
 264         struct rpcrdma_regbuf *rl_rdmabuf;
 265         struct rpcrdma_regbuf *rl_sendbuf;
 266         struct rpcrdma_mr_seg rl_segments[RPCRDMA_MAX_SEGS];
 267 };
 268
 269 static inline struct rpcrdma_req *
 270 rpcr_to_rdmar(struct rpc_rqst *rqst)
 271 {
 272         void *buffer = rqst->rq_buffer;
 273         struct rpcrdma_regbuf *rb;
 274
 275         rb = container_of(buffer, struct rpcrdma_regbuf, rg_base);
 276         return rb->rg_owner;
 277 }
 278
 279 /*
 280  * struct rpcrdma_buffer -- holds list/queue of pre-registered memory for
 281  * inline requests/replies, and client/server credits.
 282  *
 283  * One of these is associated with a transport instance
 284  */
 285 struct rpcrdma_buffer {
 286         spinlock_t      rb_lock;        /* protects indexes */
 287         u32             rb_max_requests;/* client max requests */
 288         struct list_head rb_mws;        /* optional memory windows/fmrs/frmrs */
 289         struct list_head rb_all;
 290         int             rb_send_index;
 291         struct rpcrdma_req      **rb_send_bufs;
 292         int             rb_recv_index;
 293         struct rpcrdma_rep      **rb_recv_bufs;
 294         char            *rb_pool;
 295 };
 296 #define rdmab_to_ia(b) (&container_of((b), struct rpcrdma_xprt, rx_buf)->rx_ia)
 297
 298 /*
 299  * Internal structure for transport instance creation. This
 300  * exists primarily for modularity.
 301  *
 302  * This data should be set with mount options
 303  */
 304 struct rpcrdma_create_data_internal {
 305         struct sockaddr_storage addr;   /* RDMA server address */
 306         unsigned int    max_requests;   /* max requests (slots) in flight */
 307         unsigned int    rsize;          /* mount rsize - max read hdr+data */
 308         unsigned int    wsize;          /* mount wsize - max write hdr+data */
 309         unsigned int    inline_rsize;   /* max non-rdma read data payload */
 310         unsigned int    inline_wsize;   /* max non-rdma write data payload */
 311         unsigned int    padding;        /* non-rdma write header padding */
 312 };
 313
 314 #define RPCRDMA_INLINE_READ_THRESHOLD(rq) \
 315         (rpcx_to_rdmad(rq->rq_xprt).inline_rsize)
 316
 317 #define RPCRDMA_INLINE_WRITE_THRESHOLD(rq)\
 318         (rpcx_to_rdmad(rq->rq_xprt).inline_wsize)
 319
 320 #define RPCRDMA_INLINE_PAD_VALUE(rq)\
 321         rpcx_to_rdmad(rq->rq_xprt).padding
 322
 323 /*
 324  * Statistics for RPCRDMA
 325  */
 326 struct rpcrdma_stats {
 327         unsigned long           read_chunk_count;
 328         unsigned long           write_chunk_count;
 329         unsigned long           reply_chunk_count;
 330
 331         unsigned long long      total_rdma_request;
 332         unsigned long long      total_rdma_reply;
 333
 334         unsigned long long      pullup_copy_count;
 335         unsigned long long      fixup_copy_count;
 336         unsigned long           hardway_register_count;
 337         unsigned long           failed_marshal_count;
 338         unsigned long           bad_reply_count;
 339 };
 340
 341 /*
 342  * Per-registration mode operations
 343  */
 344 struct rpcrdma_xprt;
 345 struct rpcrdma_memreg_ops {
 346         int             (*ro_map)(struct rpcrdma_xprt *,
 347                                   struct rpcrdma_mr_seg *, int, bool);
 348         int             (*ro_unmap)(struct rpcrdma_xprt *,
 349                                     struct rpcrdma_mr_seg *);
 350         int             (*ro_open)(struct rpcrdma_ia *,
 351                                    struct rpcrdma_ep *,
 352                                    struct rpcrdma_create_data_internal *);
 353         size_t          (*ro_maxpages)(struct rpcrdma_xprt *);
 354         int             (*ro_init)(struct rpcrdma_xprt *);
 355         void            (*ro_reset)(struct rpcrdma_xprt *);
 356         void            (*ro_destroy)(struct rpcrdma_buffer *);
 357         const char      *ro_displayname;
 358 };
 359
 360 extern const struct rpcrdma_memreg_ops rpcrdma_fmr_memreg_ops;
 361 extern const struct rpcrdma_memreg_ops rpcrdma_frwr_memreg_ops;
 362 extern const struct rpcrdma_memreg_ops rpcrdma_physical_memreg_ops;
 363
 364 /*
 365  * RPCRDMA transport -- encapsulates the structures above for
 366  * integration with RPC.
 367  *
 368  * The contained structures are embedded, not pointers,
 369  * for convenience. This structure need not be visible externally.
 370  *
 371  * It is allocated and initialized during mount, and released
 372  * during unmount.
 373  */
 374 struct rpcrdma_xprt {
 375         struct rpc_xprt         rx_xprt;
 376         struct rpcrdma_ia       rx_ia;
 377         struct rpcrdma_ep       rx_ep;
 378         struct rpcrdma_buffer   rx_buf;
 379         struct rpcrdma_create_data_internal rx_data;
 380         struct delayed_work     rx_connect_worker;
 381         struct rpcrdma_stats    rx_stats;
 382 };
 383
 384 #define rpcx_to_rdmax(x) container_of(x, struct rpcrdma_xprt, rx_xprt)
 385 #define rpcx_to_rdmad(x) (rpcx_to_rdmax(x)->rx_data)
 386
 387 /* Setting this to 0 ensures interoperability with early servers.
 388  * Setting this to 1 enhances certain unaligned read/write performance.
 389  * Default is 0, see sysctl entry and rpc_rdma.c rpcrdma_convert_iovs() */
 390 extern int xprt_rdma_pad_optimize;
 391
 392 /*
 393  * Interface Adapter calls - xprtrdma/verbs.c
 394  */
 395 int rpcrdma_ia_open(struct rpcrdma_xprt *, struct sockaddr *, int);
 396 void rpcrdma_ia_close(struct rpcrdma_ia *);
 397
 398 /*
 399  * Endpoint calls - xprtrdma/verbs.c
 400  */
 401 int rpcrdma_ep_create(struct rpcrdma_ep *, struct rpcrdma_ia *,
 402                                 struct rpcrdma_create_data_internal *);
 403 void rpcrdma_ep_destroy(struct rpcrdma_ep *, struct rpcrdma_ia *);
 404 int rpcrdma_ep_connect(struct rpcrdma_ep *, struct rpcrdma_ia *);
 405 void rpcrdma_ep_disconnect(struct rpcrdma_ep *, struct rpcrdma_ia *);
 406
 407 int rpcrdma_ep_post(struct rpcrdma_ia *, struct rpcrdma_ep *,
 408                                 struct rpcrdma_req *);
 409 int rpcrdma_ep_post_recv(struct rpcrdma_ia *, struct rpcrdma_ep *,
 410                                 struct rpcrdma_rep *);
 411
 412 /*
 413  * Buffer calls - xprtrdma/verbs.c
 414  */
 415 int rpcrdma_buffer_create(struct rpcrdma_xprt *);
 416 void rpcrdma_buffer_destroy(struct rpcrdma_buffer *);
 417
 418 struct rpcrdma_mw *rpcrdma_get_mw(struct rpcrdma_xprt *);
 419 void rpcrdma_put_mw(struct rpcrdma_xprt *, struct rpcrdma_mw *);
 420 struct rpcrdma_req *rpcrdma_buffer_get(struct rpcrdma_buffer *);
 421 void rpcrdma_buffer_put(struct rpcrdma_req *);
 422 void rpcrdma_recv_buffer_get(struct rpcrdma_req *);
 423 void rpcrdma_recv_buffer_put(struct rpcrdma_rep *);
 424
 425 struct rpcrdma_regbuf *rpcrdma_alloc_regbuf(struct rpcrdma_ia *,
 426                                             size_t, gfp_t);
 427 void rpcrdma_free_regbuf(struct rpcrdma_ia *,
 428                          struct rpcrdma_regbuf *);
 429
 430 unsigned int rpcrdma_max_segments(struct rpcrdma_xprt *);
 431
 432 int frwr_alloc_recovery_wq(void);
 433 void frwr_destroy_recovery_wq(void);
 434
 435 /*
 436  * Wrappers for chunk registration, shared by read/write chunk code.
 437  */
 438
 439 void rpcrdma_mapping_error(struct rpcrdma_mr_seg *);
 440
 441 static inline enum dma_data_direction
 442 rpcrdma_data_dir(bool writing)
 443 {
 444         return writing ? DMA_FROM_DEVICE : DMA_TO_DEVICE;
 445 }
 446
 447 static inline void
 448 rpcrdma_map_one(struct ib_device *device, struct rpcrdma_mr_seg *seg,
 449                 enum dma_data_direction direction)
 450 {
 451         seg->mr_dir = direction;
 452         seg->mr_dmalen = seg->mr_len;
 453
 454         if (seg->mr_page)
 455                 seg->mr_dma = ib_dma_map_page(device,
 456                                 seg->mr_page, offset_in_page(seg->mr_offset),
 457                                 seg->mr_dmalen, seg->mr_dir);
 458         else
 459                 seg->mr_dma = ib_dma_map_single(device,
 460                                 seg->mr_offset,
 461                                 seg->mr_dmalen, seg->mr_dir);
 462
 463         if (ib_dma_mapping_error(device, seg->mr_dma))
 464                 rpcrdma_mapping_error(seg);
 465 }
 466
 467 static inline void
 468 rpcrdma_unmap_one(struct ib_device *device, struct rpcrdma_mr_seg *seg)
 469 {
 470         if (seg->mr_page)
 471                 ib_dma_unmap_page(device,
 472                                   seg->mr_dma, seg->mr_dmalen, seg->mr_dir);
 473         else
 474                 ib_dma_unmap_single(device,
 475                                     seg->mr_dma, seg->mr_dmalen, seg->mr_dir);
 476 }
 477
 478 /*
 479  * RPC/RDMA connection management calls - xprtrdma/rpc_rdma.c
 480  */
 481 void rpcrdma_connect_worker(struct work_struct *);
 482 void rpcrdma_conn_func(struct rpcrdma_ep *);
 483 void rpcrdma_reply_handler(struct rpcrdma_rep *);
 484
 485 /*
 486  * RPC/RDMA protocol calls - xprtrdma/rpc_rdma.c
 487  */
 488 int rpcrdma_marshal_req(struct rpc_rqst *);
 489
 490 /* Temporary NFS request map cache. Created in svc_rdma.c  */
 491 extern struct kmem_cache *svc_rdma_map_cachep;
 492 /* WR context cache. Created in svc_rdma.c  */
 493 extern struct kmem_cache *svc_rdma_ctxt_cachep;
 494 /* Workqueue created in svc_rdma.c */
 495 extern struct workqueue_struct *svc_rdma_wq;
 496
 497 #if RPCSVC_MAXPAYLOAD < (RPCRDMA_MAX_DATA_SEGS << PAGE_SHIFT)
 498 #define RPCSVC_MAXPAYLOAD_RDMA RPCSVC_MAXPAYLOAD
 499 #else
 500 #define RPCSVC_MAXPAYLOAD_RDMA (RPCRDMA_MAX_DATA_SEGS << PAGE_SHIFT)
 501 #endif
 502
 503 #endif                          /* _LINUX_SUNRPC_XPRT_RDMA_H */