]> git.sesse.net Git - bcachefs-tools-debian/blob - libbcachefs/bcachefs.h
6e08947ca0b2af73bf8acde62b6c7f1b8b4d97b7
[bcachefs-tools-debian] / libbcachefs / bcachefs.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) "bcachefs: %s() " fmt "\n", __func__
180
181 #include <linux/bug.h>
182 #include <linux/bio.h>
183 #include <linux/closure.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 "bcachefs_format.h"
199 #include "bset.h"
200 #include "fifo.h"
201 #include "opts.h"
202 #include "util.h"
203
204 #include <linux/dynamic_fault.h>
205
206 #define bch2_fs_init_fault(name)                                                \
207         dynamic_fault("bcachefs:bch_fs_init:" name)
208 #define bch2_meta_read_fault(name)                                      \
209          dynamic_fault("bcachefs:meta:read:" name)
210 #define bch2_meta_write_fault(name)                                     \
211          dynamic_fault("bcachefs:meta:write:" name)
212
213 #ifndef bch2_fmt
214 #define bch2_fmt(_c, fmt)       "bcachefs (%s): " fmt "\n", ((_c)->name)
215 #endif
216
217 #define bch_info(c, fmt, ...) \
218         printk(KERN_INFO bch2_fmt(c, fmt), ##__VA_ARGS__)
219 #define bch_notice(c, fmt, ...) \
220         printk(KERN_NOTICE bch2_fmt(c, fmt), ##__VA_ARGS__)
221 #define bch_warn(c, fmt, ...) \
222         printk(KERN_WARNING bch2_fmt(c, fmt), ##__VA_ARGS__)
223 #define bch_err(c, fmt, ...) \
224         printk(KERN_ERR bch2_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_BCACHEFS_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(btree_node_mem_alloc,     sec, us)                \
273         BCH_TIME_STAT(btree_gc,                 sec, ms)                \
274         BCH_TIME_STAT(btree_coalesce,           sec, ms)                \
275         BCH_TIME_STAT(btree_split,              sec, us)                \
276         BCH_TIME_STAT(btree_sort,               ms, us)                 \
277         BCH_TIME_STAT(btree_read,               ms, us)                 \
278         BCH_TIME_STAT(journal_write,            us, us)                 \
279         BCH_TIME_STAT(journal_delay,            ms, us)                 \
280         BCH_TIME_STAT(journal_blocked,          sec, ms)                \
281         BCH_TIME_STAT(journal_flush_seq,        us, us)
282
283 #include "alloc_types.h"
284 #include "buckets_types.h"
285 #include "clock_types.h"
286 #include "io_types.h"
287 #include "journal_types.h"
288 #include "keylist_types.h"
289 #include "move_types.h"
290 #include "super_types.h"
291
292 /* 256k, in sectors */
293 #define BTREE_NODE_SIZE_MAX             512
294
295 /*
296  * Number of nodes we might have to allocate in a worst case btree split
297  * operation - we split all the way up to the root, then allocate a new root.
298  */
299 #define btree_reserve_required_nodes(depth)     (((depth) + 1) * 2 + 1)
300
301 /* Number of nodes btree coalesce will try to coalesce at once */
302 #define GC_MERGE_NODES          4U
303
304 /* Maximum number of nodes we might need to allocate atomically: */
305 #define BTREE_RESERVE_MAX                                               \
306         (btree_reserve_required_nodes(BTREE_MAX_DEPTH) + GC_MERGE_NODES)
307
308 /* Size of the freelist we allocate btree nodes from: */
309 #define BTREE_NODE_RESERVE              (BTREE_RESERVE_MAX * 2)
310
311 struct btree;
312 struct crypto_blkcipher;
313 struct crypto_ahash;
314
315 enum gc_phase {
316         GC_PHASE_SB_METADATA            = BTREE_ID_NR + 1,
317         GC_PHASE_PENDING_DELETE,
318         GC_PHASE_DONE
319 };
320
321 struct gc_pos {
322         enum gc_phase           phase;
323         struct bpos             pos;
324         unsigned                level;
325 };
326
327 struct bch_member_cpu {
328         u64                     nbuckets;       /* device size */
329         u16                     first_bucket;   /* index of first bucket used */
330         u16                     bucket_size;    /* sectors */
331         u8                      state;
332         u8                      tier;
333         u8                      has_metadata;
334         u8                      has_data;
335         u8                      replacement;
336         u8                      discard;
337         u8                      valid;
338 };
339
340 struct bch_dev {
341         struct kobject          kobj;
342         struct percpu_ref       ref;
343         struct percpu_ref       io_ref;
344         struct completion       stop_complete;
345         struct completion       offline_complete;
346
347         struct bch_fs           *fs;
348
349         u8                      dev_idx;
350         /*
351          * Cached version of this device's member info from superblock
352          * Committed by bch2_write_super() -> bch_fs_mi_update()
353          */
354         struct bch_member_cpu   mi;
355         uuid_le                 uuid;
356         char                    name[BDEVNAME_SIZE];
357
358         struct bcache_superblock disk_sb;
359
360         struct dev_group        self;
361
362         /* biosets used in cloned bios for replicas and moving_gc */
363         struct bio_set          replica_set;
364
365         struct task_struct      *alloc_thread;
366
367         struct prio_set         *disk_buckets;
368
369         /*
370          * When allocating new buckets, prio_write() gets first dibs - since we
371          * may not be allocate at all without writing priorities and gens.
372          * prio_last_buckets[] contains the last buckets we wrote priorities to
373          * (so gc can mark them as metadata).
374          */
375         u64                     *prio_buckets;
376         u64                     *prio_last_buckets;
377         spinlock_t              prio_buckets_lock;
378         struct bio              *bio_prio;
379
380         /*
381          * free: Buckets that are ready to be used
382          *
383          * free_inc: Incoming buckets - these are buckets that currently have
384          * cached data in them, and we can't reuse them until after we write
385          * their new gen to disk. After prio_write() finishes writing the new
386          * gens/prios, they'll be moved to the free list (and possibly discarded
387          * in the process)
388          */
389         DECLARE_FIFO(long, free)[RESERVE_NR];
390         DECLARE_FIFO(long, free_inc);
391         spinlock_t              freelist_lock;
392
393         size_t                  fifo_last_bucket;
394
395         /* Allocation stuff: */
396
397         /* most out of date gen in the btree */
398         u8                      *oldest_gens;
399         struct bucket           *buckets;
400         unsigned short          bucket_bits;    /* ilog2(bucket_size) */
401
402         /* last calculated minimum prio */
403         u16                     min_prio[2];
404
405         /*
406          * Bucket book keeping. The first element is updated by GC, the
407          * second contains a saved copy of the stats from the beginning
408          * of GC.
409          */
410         struct bch_dev_usage __percpu *usage_percpu;
411         struct bch_dev_usage    usage_cached;
412
413         atomic_long_t           saturated_count;
414         size_t                  inc_gen_needs_gc;
415
416         struct mutex            heap_lock;
417         DECLARE_HEAP(struct bucket_heap_entry, heap);
418
419         /* Moving GC: */
420         struct task_struct      *moving_gc_read;
421
422         struct bch_pd_controller moving_gc_pd;
423
424         /* Tiering: */
425         struct write_point      tiering_write_point;
426
427         struct write_point      copygc_write_point;
428
429         struct journal_device   journal;
430
431         struct work_struct      io_error_work;
432
433         /* The rest of this all shows up in sysfs */
434         atomic64_t              meta_sectors_written;
435         atomic64_t              btree_sectors_written;
436         u64 __percpu            *sectors_written;
437 };
438
439 /*
440  * Flag bits for what phase of startup/shutdown the cache set is at, how we're
441  * shutting down, etc.:
442  *
443  * BCH_FS_UNREGISTERING means we're not just shutting down, we're detaching
444  * all the backing devices first (their cached data gets invalidated, and they
445  * won't automatically reattach).
446  */
447 enum {
448         BCH_FS_INITIAL_GC_DONE,
449         BCH_FS_EMERGENCY_RO,
450         BCH_FS_WRITE_DISABLE_COMPLETE,
451         BCH_FS_GC_STOPPING,
452         BCH_FS_GC_FAILURE,
453         BCH_FS_BDEV_MOUNTED,
454         BCH_FS_ERROR,
455         BCH_FS_FSCK_FIXED_ERRORS,
456 };
457
458 struct btree_debug {
459         unsigned                id;
460         struct dentry           *btree;
461         struct dentry           *btree_format;
462         struct dentry           *failed;
463 };
464
465 struct bch_tier {
466         unsigned                idx;
467         struct task_struct      *migrate;
468         struct bch_pd_controller pd;
469
470         struct dev_group        devs;
471 };
472
473 enum bch_fs_state {
474         BCH_FS_STARTING         = 0,
475         BCH_FS_STOPPING,
476         BCH_FS_RO,
477         BCH_FS_RW,
478 };
479
480 struct bch_fs {
481         struct closure          cl;
482
483         struct list_head        list;
484         struct kobject          kobj;
485         struct kobject          internal;
486         struct kobject          opts_dir;
487         struct kobject          time_stats;
488         unsigned long           flags;
489
490         int                     minor;
491         struct device           *chardev;
492         struct super_block      *vfs_sb;
493         char                    name[40];
494
495         /* ro/rw, add/remove devices: */
496         struct mutex            state_lock;
497         enum bch_fs_state       state;
498
499         /* Counts outstanding writes, for clean transition to read-only */
500         struct percpu_ref       writes;
501         struct work_struct      read_only_work;
502
503         struct bch_dev __rcu    *devs[BCH_SB_MEMBERS_MAX];
504
505         struct bch_opts         opts;
506
507         /* Updated by bch2_sb_update():*/
508         struct {
509                 uuid_le         uuid;
510                 uuid_le         user_uuid;
511
512                 u16             block_size;
513                 u16             btree_node_size;
514
515                 u8              nr_devices;
516                 u8              clean;
517
518                 u8              meta_replicas_have;
519                 u8              data_replicas_have;
520
521                 u8              str_hash_type;
522                 u8              encryption_type;
523
524                 u64             time_base_lo;
525                 u32             time_base_hi;
526                 u32             time_precision;
527         }                       sb;
528
529         struct bch_sb           *disk_sb;
530         unsigned                disk_sb_order;
531
532         unsigned short          block_bits;     /* ilog2(block_size) */
533
534         struct closure          sb_write;
535         struct mutex            sb_lock;
536
537         struct backing_dev_info bdi;
538
539         /* BTREE CACHE */
540         struct bio_set          btree_read_bio;
541
542         struct btree_root       btree_roots[BTREE_ID_NR];
543         struct mutex            btree_root_lock;
544
545         bool                    btree_cache_table_init_done;
546         struct rhashtable       btree_cache_table;
547
548         /*
549          * We never free a struct btree, except on shutdown - we just put it on
550          * the btree_cache_freed list and reuse it later. This simplifies the
551          * code, and it doesn't cost us much memory as the memory usage is
552          * dominated by buffers that hold the actual btree node data and those
553          * can be freed - and the number of struct btrees allocated is
554          * effectively bounded.
555          *
556          * btree_cache_freeable effectively is a small cache - we use it because
557          * high order page allocations can be rather expensive, and it's quite
558          * common to delete and allocate btree nodes in quick succession. It
559          * should never grow past ~2-3 nodes in practice.
560          */
561         struct mutex            btree_cache_lock;
562         struct list_head        btree_cache;
563         struct list_head        btree_cache_freeable;
564         struct list_head        btree_cache_freed;
565
566         /* Number of elements in btree_cache + btree_cache_freeable lists */
567         unsigned                btree_cache_used;
568         unsigned                btree_cache_reserve;
569         struct shrinker         btree_cache_shrink;
570
571         /*
572          * If we need to allocate memory for a new btree node and that
573          * allocation fails, we can cannibalize another node in the btree cache
574          * to satisfy the allocation - lock to guarantee only one thread does
575          * this at a time:
576          */
577         struct closure_waitlist mca_wait;
578         struct task_struct      *btree_cache_alloc_lock;
579
580         mempool_t               btree_reserve_pool;
581
582         /*
583          * Cache of allocated btree nodes - if we allocate a btree node and
584          * don't use it, if we free it that space can't be reused until going
585          * _all_ the way through the allocator (which exposes us to a livelock
586          * when allocating btree reserves fail halfway through) - instead, we
587          * can stick them here:
588          */
589         struct btree_alloc {
590                 struct open_bucket      *ob;
591                 BKEY_PADDED(k);
592         }                       btree_reserve_cache[BTREE_NODE_RESERVE * 2];
593         unsigned                btree_reserve_cache_nr;
594         struct mutex            btree_reserve_cache_lock;
595
596         mempool_t               btree_interior_update_pool;
597         struct list_head        btree_interior_update_list;
598         struct mutex            btree_interior_update_lock;
599
600         struct workqueue_struct *wq;
601         /* copygc needs its own workqueue for index updates.. */
602         struct workqueue_struct *copygc_wq;
603
604         /* ALLOCATION */
605         struct bch_pd_controller foreground_write_pd;
606         struct delayed_work     pd_controllers_update;
607         unsigned                pd_controllers_update_seconds;
608         spinlock_t              foreground_write_pd_lock;
609         struct bch_write_op     *write_wait_head;
610         struct bch_write_op     *write_wait_tail;
611
612         struct timer_list       foreground_write_wakeup;
613
614         /*
615          * These contain all r/w devices - i.e. devices we can currently
616          * allocate from:
617          */
618         struct dev_group        all_devs;
619         struct bch_tier         tiers[BCH_TIER_MAX];
620         /* NULL if we only have devices in one tier: */
621         struct bch_tier         *fastest_tier;
622
623         u64                     capacity; /* sectors */
624
625         /*
626          * When capacity _decreases_ (due to a disk being removed), we
627          * increment capacity_gen - this invalidates outstanding reservations
628          * and forces them to be revalidated
629          */
630         u32                     capacity_gen;
631
632         atomic64_t              sectors_available;
633
634         struct bch_fs_usage __percpu *usage_percpu;
635         struct bch_fs_usage     usage_cached;
636         struct lglock           usage_lock;
637
638         struct mutex            bucket_lock;
639
640         struct closure_waitlist freelist_wait;
641
642         /*
643          * When we invalidate buckets, we use both the priority and the amount
644          * of good data to determine which buckets to reuse first - to weight
645          * those together consistently we keep track of the smallest nonzero
646          * priority of any bucket.
647          */
648         struct prio_clock       prio_clock[2];
649
650         struct io_clock         io_clock[2];
651
652         /* SECTOR ALLOCATOR */
653         struct list_head        open_buckets_open;
654         struct list_head        open_buckets_free;
655         unsigned                open_buckets_nr_free;
656         struct closure_waitlist open_buckets_wait;
657         spinlock_t              open_buckets_lock;
658         struct open_bucket      open_buckets[OPEN_BUCKETS_COUNT];
659
660         struct write_point      btree_write_point;
661
662         struct write_point      write_points[WRITE_POINT_COUNT];
663         struct write_point      promote_write_point;
664
665         /*
666          * This write point is used for migrating data off a device
667          * and can point to any other device.
668          * We can't use the normal write points because those will
669          * gang up n replicas, and for migration we want only one new
670          * replica.
671          */
672         struct write_point      migration_write_point;
673
674         /* GARBAGE COLLECTION */
675         struct task_struct      *gc_thread;
676         atomic_t                kick_gc;
677
678         /*
679          * Tracks GC's progress - everything in the range [ZERO_KEY..gc_cur_pos]
680          * has been marked by GC.
681          *
682          * gc_cur_phase is a superset of btree_ids (BTREE_ID_EXTENTS etc.)
683          *
684          * gc_cur_phase == GC_PHASE_DONE indicates that gc is finished/not
685          * currently running, and gc marks are currently valid
686          *
687          * Protected by gc_pos_lock. Only written to by GC thread, so GC thread
688          * can read without a lock.
689          */
690         seqcount_t              gc_pos_lock;
691         struct gc_pos           gc_pos;
692
693         /*
694          * The allocation code needs gc_mark in struct bucket to be correct, but
695          * it's not while a gc is in progress.
696          */
697         struct rw_semaphore     gc_lock;
698
699         /* IO PATH */
700         struct bio_set          bio_read;
701         struct bio_set          bio_read_split;
702         struct bio_set          bio_write;
703         struct mutex            bio_bounce_pages_lock;
704         mempool_t               bio_bounce_pages;
705
706         mempool_t               lz4_workspace_pool;
707         void                    *zlib_workspace;
708         struct mutex            zlib_workspace_lock;
709         mempool_t               compression_bounce[2];
710
711         struct crypto_shash     *sha256;
712         struct crypto_blkcipher *chacha20;
713         struct crypto_shash     *poly1305;
714
715         atomic64_t              key_version;
716
717         struct bio_list         read_retry_list;
718         struct work_struct      read_retry_work;
719         spinlock_t              read_retry_lock;
720
721         /* FILESYSTEM */
722         wait_queue_head_t       writeback_wait;
723         atomic_t                writeback_pages;
724         unsigned                writeback_pages_max;
725         atomic_long_t           nr_inodes;
726
727         /* DEBUG JUNK */
728         struct dentry           *debug;
729         struct btree_debug      btree_debug[BTREE_ID_NR];
730 #ifdef CONFIG_BCACHEFS_DEBUG
731         struct btree            *verify_data;
732         struct btree_node       *verify_ondisk;
733         struct mutex            verify_lock;
734 #endif
735
736         u64                     unused_inode_hint;
737
738         /*
739          * A btree node on disk could have too many bsets for an iterator to fit
740          * on the stack - have to dynamically allocate them
741          */
742         mempool_t               fill_iter;
743
744         mempool_t               btree_bounce_pool;
745
746         struct journal          journal;
747
748         unsigned                bucket_journal_seq;
749
750         /* The rest of this all shows up in sysfs */
751         atomic_long_t           cache_read_races;
752
753         unsigned                foreground_write_ratelimit_enabled:1;
754         unsigned                copy_gc_enabled:1;
755         unsigned                tiering_enabled:1;
756         unsigned                tiering_percent;
757
758         /*
759          * foreground writes will be throttled when the number of free
760          * buckets is below this percentage
761          */
762         unsigned                foreground_target_percent;
763
764 #define BCH_DEBUG_PARAM(name, description) bool name;
765         BCH_DEBUG_PARAMS_ALL()
766 #undef BCH_DEBUG_PARAM
767
768 #define BCH_TIME_STAT(name, frequency_units, duration_units)            \
769         struct time_stats       name##_time;
770         BCH_TIME_STATS()
771 #undef BCH_TIME_STAT
772 };
773
774 static inline bool bch2_fs_running(struct bch_fs *c)
775 {
776         return c->state == BCH_FS_RO || c->state == BCH_FS_RW;
777 }
778
779 static inline unsigned bucket_pages(const struct bch_dev *ca)
780 {
781         return ca->mi.bucket_size / PAGE_SECTORS;
782 }
783
784 static inline unsigned bucket_bytes(const struct bch_dev *ca)
785 {
786         return ca->mi.bucket_size << 9;
787 }
788
789 static inline unsigned block_bytes(const struct bch_fs *c)
790 {
791         return c->sb.block_size << 9;
792 }
793
794 #endif /* _BCACHE_H */