]> git.sesse.net Git - bcachefs-tools-debian/blob - libbcache/bcache.h
8a0262fbc1a7a960d37b0d2d33df5a83f00e0634
[bcachefs-tools-debian] / libbcache / 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 #undef pr_fmt
179 #define pr_fmt(fmt) "bcache: %s() " fmt "\n", __func__
180
181 #include <linux/bug.h>
182 #include <linux/bcache.h>
183 #include <linux/bio.h>
184 #include <linux/kobject.h>
185 #include <linux/lglock.h>
186 #include <linux/list.h>
187 #include <linux/mutex.h>
188 #include <linux/percpu-refcount.h>
189 #include <linux/radix-tree.h>
190 #include <linux/rbtree.h>
191 #include <linux/rhashtable.h>
192 #include <linux/rwsem.h>
193 #include <linux/seqlock.h>
194 #include <linux/shrinker.h>
195 #include <linux/types.h>
196 #include <linux/workqueue.h>
197
198 #include "bset.h"
199 #include "fifo.h"
200 #include "util.h"
201 #include "closure.h"
202 #include "opts.h"
203
204 #include <linux/dynamic_fault.h>
205
206 #define cache_set_init_fault(name)                                      \
207         dynamic_fault("bcache:cache_set_init:" name)
208 #define bch_meta_read_fault(name)                                       \
209          dynamic_fault("bcache:meta:read:" name)
210 #define bch_meta_write_fault(name)                                      \
211          dynamic_fault("bcache:meta:write:" name)
212
213 #ifndef bch_fmt
214 #define bch_fmt(_c, fmt)        "bcache (%s): " fmt "\n", ((_c)->name)
215 #endif
216
217 #define bch_info(c, fmt, ...) \
218         printk(KERN_INFO bch_fmt(c, fmt), ##__VA_ARGS__)
219 #define bch_notice(c, fmt, ...) \
220         printk(KERN_NOTICE bch_fmt(c, fmt), ##__VA_ARGS__)
221 #define bch_warn(c, fmt, ...) \
222         printk(KERN_WARNING bch_fmt(c, fmt), ##__VA_ARGS__)
223 #define bch_err(c, fmt, ...) \
224         printk(KERN_ERR bch_fmt(c, fmt), ##__VA_ARGS__)
225
226 #define bch_verbose(c, fmt, ...)                                        \
227 do {                                                                    \
228         if ((c)->opts.verbose_recovery)                                 \
229                 bch_info(c, fmt, ##__VA_ARGS__);                        \
230 } while (0)
231
232 /* Parameters that are useful for debugging, but should always be compiled in: */
233 #define BCH_DEBUG_PARAMS_ALWAYS()                                       \
234         BCH_DEBUG_PARAM(key_merging_disabled,                           \
235                 "Disables merging of extents")                          \
236         BCH_DEBUG_PARAM(btree_gc_always_rewrite,                        \
237                 "Causes mark and sweep to compact and rewrite every "   \
238                 "btree node it traverses")                              \
239         BCH_DEBUG_PARAM(btree_gc_rewrite_disabled,                      \
240                 "Disables rewriting of btree nodes during mark and sweep")\
241         BCH_DEBUG_PARAM(btree_gc_coalesce_disabled,                     \
242                 "Disables coalescing of btree nodes")                   \
243         BCH_DEBUG_PARAM(btree_shrinker_disabled,                        \
244                 "Disables the shrinker callback for the btree node cache")
245
246 /* Parameters that should only be compiled in in debug mode: */
247 #define BCH_DEBUG_PARAMS_DEBUG()                                        \
248         BCH_DEBUG_PARAM(expensive_debug_checks,                         \
249                 "Enables various runtime debugging checks that "        \
250                 "significantly affect performance")                     \
251         BCH_DEBUG_PARAM(debug_check_bkeys,                              \
252                 "Run bkey_debugcheck (primarily checking GC/allocation "\
253                 "information) when iterating over keys")                \
254         BCH_DEBUG_PARAM(version_stress_test,                            \
255                 "Assigns random version numbers to newly written "      \
256                 "extents, to test overlapping extent cases")            \
257         BCH_DEBUG_PARAM(verify_btree_ondisk,                            \
258                 "Reread btree nodes at various points to verify the "   \
259                 "mergesort in the read path against modifications "     \
260                 "done in memory")                                       \
261
262 #define BCH_DEBUG_PARAMS_ALL() BCH_DEBUG_PARAMS_ALWAYS() BCH_DEBUG_PARAMS_DEBUG()
263
264 #ifdef CONFIG_BCACHE_DEBUG
265 #define BCH_DEBUG_PARAMS() BCH_DEBUG_PARAMS_ALL()
266 #else
267 #define BCH_DEBUG_PARAMS() BCH_DEBUG_PARAMS_ALWAYS()
268 #endif
269
270 /* name, frequency_units, duration_units */
271 #define BCH_TIME_STATS()                                                \
272         BCH_TIME_STAT(mca_alloc,                sec, us)                \
273         BCH_TIME_STAT(mca_scan,                 sec, ms)                \
274         BCH_TIME_STAT(btree_gc,                 sec, ms)                \
275         BCH_TIME_STAT(btree_coalesce,           sec, ms)                \
276         BCH_TIME_STAT(btree_split,              sec, us)                \
277         BCH_TIME_STAT(btree_sort,               ms, us)                 \
278         BCH_TIME_STAT(btree_read,               ms, us)                 \
279         BCH_TIME_STAT(journal_write,            us, us)                 \
280         BCH_TIME_STAT(journal_delay,            ms, us)                 \
281         BCH_TIME_STAT(journal_blocked,          sec, ms)                \
282         BCH_TIME_STAT(journal_flush_seq,        us, us)
283
284 #include "alloc_types.h"
285 #include "blockdev_types.h"
286 #include "buckets_types.h"
287 #include "clock_types.h"
288 #include "io_types.h"
289 #include "journal_types.h"
290 #include "keylist_types.h"
291 #include "keybuf_types.h"
292 #include "move_types.h"
293 #include "stats_types.h"
294 #include "super_types.h"
295
296 /* 256k, in sectors */
297 #define BTREE_NODE_SIZE_MAX             512
298
299 /*
300  * Number of nodes we might have to allocate in a worst case btree split
301  * operation - we split all the way up to the root, then allocate a new root.
302  */
303 #define btree_reserve_required_nodes(depth)     (((depth) + 1) * 2 + 1)
304
305 /* Number of nodes btree coalesce will try to coalesce at once */
306 #define GC_MERGE_NODES          4U
307
308 /* Maximum number of nodes we might need to allocate atomically: */
309 #define BTREE_RESERVE_MAX                                               \
310         (btree_reserve_required_nodes(BTREE_MAX_DEPTH) + GC_MERGE_NODES)
311
312 /* Size of the freelist we allocate btree nodes from: */
313 #define BTREE_NODE_RESERVE              (BTREE_RESERVE_MAX * 2)
314
315 struct btree;
316 struct cache;
317 struct crypto_blkcipher;
318 struct crypto_ahash;
319
320 enum gc_phase {
321         GC_PHASE_PENDING_DELETE         = BTREE_ID_NR + 1,
322         GC_PHASE_DONE
323 };
324
325 struct gc_pos {
326         enum gc_phase           phase;
327         struct bpos             pos;
328         unsigned                level;
329 };
330
331 struct cache_member_cpu {
332         u64                     nbuckets;       /* device size */
333         u16                     first_bucket;   /* index of first bucket used */
334         u16                     bucket_size;    /* sectors */
335         u8                      state;
336         u8                      tier;
337         u8                      has_metadata;
338         u8                      has_data;
339         u8                      replacement;
340         u8                      discard;
341         u8                      valid;
342 };
343
344 struct cache_member_rcu {
345         struct rcu_head         rcu;
346         unsigned                nr_devices;
347         struct cache_member_cpu m[];
348 };
349
350 /* cache->flags: */
351 enum {
352         CACHE_DEV_REMOVING,
353         CACHE_DEV_FORCE_REMOVE,
354 };
355
356 struct cache {
357         struct percpu_ref       ref;
358         struct rcu_head         free_rcu;
359         struct work_struct      free_work;
360         struct work_struct      remove_work;
361         unsigned long           flags;
362
363         struct cache_set        *set;
364
365         struct cache_group      self;
366
367         u8                      dev_idx;
368         /*
369          * Cached version of this device's member info from superblock
370          * Committed by bch_write_super() -> bch_cache_set_mi_update()
371          */
372         struct cache_member_cpu mi;
373         uuid_le                 uuid;
374
375         struct bcache_superblock disk_sb;
376
377         struct kobject          kobj;
378
379         /* biosets used in cloned bios for replicas and moving_gc */
380         struct bio_set          replica_set;
381
382         struct task_struct      *alloc_thread;
383
384         struct prio_set         *disk_buckets;
385
386         /*
387          * When allocating new buckets, prio_write() gets first dibs - since we
388          * may not be allocate at all without writing priorities and gens.
389          * prio_last_buckets[] contains the last buckets we wrote priorities to
390          * (so gc can mark them as metadata).
391          */
392         u64                     *prio_buckets;
393         u64                     *prio_last_buckets;
394         spinlock_t              prio_buckets_lock;
395         struct bio              *bio_prio;
396
397         /*
398          * free: Buckets that are ready to be used
399          *
400          * free_inc: Incoming buckets - these are buckets that currently have
401          * cached data in them, and we can't reuse them until after we write
402          * their new gen to disk. After prio_write() finishes writing the new
403          * gens/prios, they'll be moved to the free list (and possibly discarded
404          * in the process)
405          */
406         DECLARE_FIFO(long, free)[RESERVE_NR];
407         DECLARE_FIFO(long, free_inc);
408         spinlock_t              freelist_lock;
409
410         size_t                  fifo_last_bucket;
411
412         /* Allocation stuff: */
413
414         /* most out of date gen in the btree */
415         u8                      *oldest_gens;
416         struct bucket           *buckets;
417         unsigned short          bucket_bits;    /* ilog2(bucket_size) */
418
419         /* last calculated minimum prio */
420         u16                     min_prio[2];
421
422         /*
423          * Bucket book keeping. The first element is updated by GC, the
424          * second contains a saved copy of the stats from the beginning
425          * of GC.
426          */
427         struct bucket_stats_cache __percpu *bucket_stats_percpu;
428         struct bucket_stats_cache       bucket_stats_cached;
429
430         atomic_long_t           saturated_count;
431         size_t                  inc_gen_needs_gc;
432
433         struct mutex            heap_lock;
434         DECLARE_HEAP(struct bucket_heap_entry, heap);
435
436         /* Moving GC: */
437         struct task_struct      *moving_gc_read;
438
439         struct bch_pd_controller moving_gc_pd;
440
441         /* Tiering: */
442         struct write_point      tiering_write_point;
443
444         struct write_point      copygc_write_point;
445
446         struct journal_device   journal;
447
448         struct work_struct      io_error_work;
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         atomic64_t              meta_sectors_written;
456         atomic64_t              btree_sectors_written;
457         u64 __percpu            *sectors_written;
458 };
459
460 /*
461  * Flag bits for what phase of startup/shutdown the cache set is at, how we're
462  * shutting down, etc.:
463  *
464  * CACHE_SET_UNREGISTERING means we're not just shutting down, we're detaching
465  * all the backing devices first (their cached data gets invalidated, and they
466  * won't automatically reattach).
467  *
468  * CACHE_SET_STOPPING always gets set first when we're closing down a cache set;
469  * we'll continue to run normally for awhile with CACHE_SET_STOPPING set (i.e.
470  * flushing dirty data).
471  *
472  * CACHE_SET_RUNNING means all cache devices have been registered and journal
473  * replay is complete.
474  */
475 enum {
476         /* Startup: */
477         CACHE_SET_INITIAL_GC_DONE,
478         CACHE_SET_RUNNING,
479
480         /* Shutdown: */
481         CACHE_SET_UNREGISTERING,
482         CACHE_SET_STOPPING,
483         CACHE_SET_RO,
484         CACHE_SET_RO_COMPLETE,
485         CACHE_SET_EMERGENCY_RO,
486         CACHE_SET_WRITE_DISABLE_COMPLETE,
487         CACHE_SET_GC_STOPPING,
488         CACHE_SET_GC_FAILURE,
489         CACHE_SET_BDEV_MOUNTED,
490         CACHE_SET_ERROR,
491         CACHE_SET_FSCK_FIXED_ERRORS,
492 };
493
494 struct btree_debug {
495         unsigned                id;
496         struct dentry           *btree;
497         struct dentry           *btree_format;
498         struct dentry           *failed;
499 };
500
501 struct cache_set {
502         struct closure          cl;
503
504         struct list_head        list;
505         struct kobject          kobj;
506         struct kobject          internal;
507         struct kobject          opts_dir;
508         struct kobject          time_stats;
509         struct completion       *stop_completion;
510         unsigned long           flags;
511
512         int                     minor;
513         struct device           *chardev;
514         struct super_block      *vfs_sb;
515         char                    name[40];
516
517         /* Counts outstanding writes, for clean transition to read-only */
518         struct percpu_ref       writes;
519         struct work_struct      read_only_work;
520
521         struct cache __rcu      *cache[BCH_SB_MEMBERS_MAX];
522
523         struct cache_set_opts   opts;
524
525         /*
526          * Cached copy in native endianness:
527          * Set by bch_cache_set_mi_update():
528          */
529         struct cache_member_rcu __rcu *members;
530
531         /* Updated by bch_sb_update():*/
532         struct {
533                 uuid_le         uuid;
534                 uuid_le         user_uuid;
535
536                 u16             block_size;
537                 u16             btree_node_size;
538
539                 u8              nr_devices;
540                 u8              clean;
541
542                 u8              meta_replicas_have;
543                 u8              data_replicas_have;
544
545                 u8              str_hash_type;
546                 u8              encryption_type;
547
548                 u64             time_base_lo;
549                 u32             time_base_hi;
550                 u32             time_precision;
551         }                       sb;
552
553         struct bch_sb           *disk_sb;
554         unsigned                disk_sb_order;
555
556         unsigned short          block_bits;     /* ilog2(block_size) */
557
558         struct closure          sb_write;
559         struct mutex            sb_lock;
560
561         struct backing_dev_info bdi;
562
563         /* BTREE CACHE */
564         struct bio_set          btree_read_bio;
565
566         struct btree_root       btree_roots[BTREE_ID_NR];
567         struct mutex            btree_root_lock;
568
569         bool                    btree_cache_table_init_done;
570         struct rhashtable       btree_cache_table;
571
572         /*
573          * We never free a struct btree, except on shutdown - we just put it on
574          * the btree_cache_freed list and reuse it later. This simplifies the
575          * code, and it doesn't cost us much memory as the memory usage is
576          * dominated by buffers that hold the actual btree node data and those
577          * can be freed - and the number of struct btrees allocated is
578          * effectively bounded.
579          *
580          * btree_cache_freeable effectively is a small cache - we use it because
581          * high order page allocations can be rather expensive, and it's quite
582          * common to delete and allocate btree nodes in quick succession. It
583          * should never grow past ~2-3 nodes in practice.
584          */
585         struct mutex            btree_cache_lock;
586         struct list_head        btree_cache;
587         struct list_head        btree_cache_freeable;
588         struct list_head        btree_cache_freed;
589
590         /* Number of elements in btree_cache + btree_cache_freeable lists */
591         unsigned                btree_cache_used;
592         unsigned                btree_cache_reserve;
593         struct shrinker         btree_cache_shrink;
594
595         /*
596          * If we need to allocate memory for a new btree node and that
597          * allocation fails, we can cannibalize another node in the btree cache
598          * to satisfy the allocation - lock to guarantee only one thread does
599          * this at a time:
600          */
601         struct closure_waitlist mca_wait;
602         struct task_struct      *btree_cache_alloc_lock;
603
604         mempool_t               btree_reserve_pool;
605
606         /*
607          * Cache of allocated btree nodes - if we allocate a btree node and
608          * don't use it, if we free it that space can't be reused until going
609          * _all_ the way through the allocator (which exposes us to a livelock
610          * when allocating btree reserves fail halfway through) - instead, we
611          * can stick them here:
612          */
613         struct btree_alloc {
614                 struct open_bucket      *ob;
615                 BKEY_PADDED(k);
616         }                       btree_reserve_cache[BTREE_NODE_RESERVE * 2];
617         unsigned                btree_reserve_cache_nr;
618         struct mutex            btree_reserve_cache_lock;
619
620         mempool_t               btree_interior_update_pool;
621         struct list_head        btree_interior_update_list;
622         struct mutex            btree_interior_update_lock;
623
624         struct workqueue_struct *wq;
625         /* copygc needs its own workqueue for index updates.. */
626         struct workqueue_struct *copygc_wq;
627
628         /* ALLOCATION */
629         struct bch_pd_controller foreground_write_pd;
630         struct delayed_work     pd_controllers_update;
631         unsigned                pd_controllers_update_seconds;
632         spinlock_t              foreground_write_pd_lock;
633         struct bch_write_op     *write_wait_head;
634         struct bch_write_op     *write_wait_tail;
635
636         struct timer_list       foreground_write_wakeup;
637
638         /*
639          * These contain all r/w devices - i.e. devices we can currently
640          * allocate from:
641          */
642         struct cache_group      cache_all;
643         struct cache_group      cache_tiers[BCH_TIER_MAX];
644
645         u64                     capacity; /* sectors */
646
647         /*
648          * When capacity _decreases_ (due to a disk being removed), we
649          * increment capacity_gen - this invalidates outstanding reservations
650          * and forces them to be revalidated
651          */
652         u32                     capacity_gen;
653
654         atomic64_t              sectors_available;
655
656         struct bucket_stats_cache_set __percpu *bucket_stats_percpu;
657         struct bucket_stats_cache_set   bucket_stats_cached;
658         struct lglock           bucket_stats_lock;
659
660         struct mutex            bucket_lock;
661
662         struct closure_waitlist freelist_wait;
663
664
665         /*
666          * When we invalidate buckets, we use both the priority and the amount
667          * of good data to determine which buckets to reuse first - to weight
668          * those together consistently we keep track of the smallest nonzero
669          * priority of any bucket.
670          */
671         struct prio_clock       prio_clock[2];
672
673         struct io_clock         io_clock[2];
674
675         /* SECTOR ALLOCATOR */
676         struct list_head        open_buckets_open;
677         struct list_head        open_buckets_free;
678         unsigned                open_buckets_nr_free;
679         struct closure_waitlist open_buckets_wait;
680         spinlock_t              open_buckets_lock;
681         struct open_bucket      open_buckets[OPEN_BUCKETS_COUNT];
682
683         struct write_point      btree_write_point;
684
685         struct write_point      write_points[WRITE_POINT_COUNT];
686         struct write_point      promote_write_point;
687
688         /*
689          * This write point is used for migrating data off a device
690          * and can point to any other device.
691          * We can't use the normal write points because those will
692          * gang up n replicas, and for migration we want only one new
693          * replica.
694          */
695         struct write_point      migration_write_point;
696
697         /* GARBAGE COLLECTION */
698         struct task_struct      *gc_thread;
699         atomic_t                kick_gc;
700
701         /*
702          * Tracks GC's progress - everything in the range [ZERO_KEY..gc_cur_pos]
703          * has been marked by GC.
704          *
705          * gc_cur_phase is a superset of btree_ids (BTREE_ID_EXTENTS etc.)
706          *
707          * gc_cur_phase == GC_PHASE_DONE indicates that gc is finished/not
708          * currently running, and gc marks are currently valid
709          *
710          * Protected by gc_pos_lock. Only written to by GC thread, so GC thread
711          * can read without a lock.
712          */
713         seqcount_t              gc_pos_lock;
714         struct gc_pos           gc_pos;
715
716         /*
717          * The allocation code needs gc_mark in struct bucket to be correct, but
718          * it's not while a gc is in progress.
719          */
720         struct rw_semaphore     gc_lock;
721
722         /* IO PATH */
723         struct bio_set          bio_read;
724         struct bio_set          bio_read_split;
725         struct bio_set          bio_write;
726         struct mutex            bio_bounce_pages_lock;
727         mempool_t               bio_bounce_pages;
728
729         mempool_t               lz4_workspace_pool;
730         void                    *zlib_workspace;
731         struct mutex            zlib_workspace_lock;
732         mempool_t               compression_bounce[2];
733         struct bio_decompress_worker __percpu
734                                 *bio_decompress_worker;
735
736         struct crypto_blkcipher *chacha20;
737         struct crypto_shash     *poly1305;
738
739         atomic64_t              key_version;
740
741         /* For punting bio submissions to workqueue, io.c */
742         struct bio_list         bio_submit_list;
743         struct work_struct      bio_submit_work;
744         spinlock_t              bio_submit_lock;
745
746         struct bio_list         read_retry_list;
747         struct work_struct      read_retry_work;
748         spinlock_t              read_retry_lock;
749
750         /* FILESYSTEM */
751         wait_queue_head_t       writeback_wait;
752         atomic_t                writeback_pages;
753         unsigned                writeback_pages_max;
754         atomic_long_t           nr_inodes;
755
756         /* TIERING */
757         struct task_struct      *tiering_read;
758         struct bch_pd_controller tiering_pd;
759
760         /* NOTIFICATIONS */
761         struct mutex            uevent_lock;
762         struct kobj_uevent_env  uevent_env;
763
764         /* DEBUG JUNK */
765         struct dentry           *debug;
766         struct btree_debug      btree_debug[BTREE_ID_NR];
767 #ifdef CONFIG_BCACHE_DEBUG
768         struct btree            *verify_data;
769         struct btree_node       *verify_ondisk;
770         struct mutex            verify_lock;
771 #endif
772
773         u64                     unused_inode_hint;
774
775         /*
776          * A btree node on disk could have too many bsets for an iterator to fit
777          * on the stack - have to dynamically allocate them
778          */
779         mempool_t               fill_iter;
780
781         mempool_t               btree_bounce_pool;
782
783         struct journal          journal;
784
785         unsigned                bucket_journal_seq;
786
787         /* CACHING OTHER BLOCK DEVICES */
788         mempool_t               search;
789         struct radix_tree_root  devices;
790         struct list_head        cached_devs;
791         u64                     cached_dev_sectors;
792         struct closure          caching;
793
794 #define CONGESTED_MAX           1024
795         unsigned                congested_last_us;
796         atomic_t                congested;
797
798         /* The rest of this all shows up in sysfs */
799         unsigned                congested_read_threshold_us;
800         unsigned                congested_write_threshold_us;
801
802         struct cache_accounting accounting;
803         atomic_long_t           cache_read_races;
804         atomic_long_t           writeback_keys_done;
805         atomic_long_t           writeback_keys_failed;
806
807         unsigned                error_limit;
808         unsigned                error_decay;
809
810         unsigned                foreground_write_ratelimit_enabled:1;
811         unsigned                copy_gc_enabled:1;
812         unsigned                tiering_enabled:1;
813         unsigned                tiering_percent;
814
815         /*
816          * foreground writes will be throttled when the number of free
817          * buckets is below this percentage
818          */
819         unsigned                foreground_target_percent;
820
821 #define BCH_DEBUG_PARAM(name, description) bool name;
822         BCH_DEBUG_PARAMS_ALL()
823 #undef BCH_DEBUG_PARAM
824
825 #define BCH_TIME_STAT(name, frequency_units, duration_units)            \
826         struct time_stats       name##_time;
827         BCH_TIME_STATS()
828 #undef BCH_TIME_STAT
829 };
830
831 static inline unsigned bucket_pages(const struct cache *ca)
832 {
833         return ca->mi.bucket_size / PAGE_SECTORS;
834 }
835
836 static inline unsigned bucket_bytes(const struct cache *ca)
837 {
838         return ca->mi.bucket_size << 9;
839 }
840
841 static inline unsigned block_bytes(const struct cache_set *c)
842 {
843         return c->sb.block_size << 9;
844 }
845
846 #endif /* _BCACHE_H */