]> git.sesse.net Git - bcachefs-tools-debian/blob - libbcachefs/bcachefs.h
bcachefs-in-userspace improvements
[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 #ifdef __KERNEL__
214 #define bch2_fmt(_c, fmt)       "bcachefs (%s): " fmt "\n", ((_c)->name)
215 #else
216 #define bch2_fmt(_c, fmt)       fmt "\n"
217 #endif
218
219 #define bch_info(c, fmt, ...) \
220         printk(KERN_INFO bch2_fmt(c, fmt), ##__VA_ARGS__)
221 #define bch_notice(c, fmt, ...) \
222         printk(KERN_NOTICE bch2_fmt(c, fmt), ##__VA_ARGS__)
223 #define bch_warn(c, fmt, ...) \
224         printk(KERN_WARNING bch2_fmt(c, fmt), ##__VA_ARGS__)
225 #define bch_err(c, fmt, ...) \
226         printk(KERN_ERR bch2_fmt(c, fmt), ##__VA_ARGS__)
227
228 #define bch_verbose(c, fmt, ...)                                        \
229 do {                                                                    \
230         if ((c)->opts.verbose_recovery)                                 \
231                 bch_info(c, fmt, ##__VA_ARGS__);                        \
232 } while (0)
233
234 /* Parameters that are useful for debugging, but should always be compiled in: */
235 #define BCH_DEBUG_PARAMS_ALWAYS()                                       \
236         BCH_DEBUG_PARAM(key_merging_disabled,                           \
237                 "Disables merging of extents")                          \
238         BCH_DEBUG_PARAM(btree_gc_always_rewrite,                        \
239                 "Causes mark and sweep to compact and rewrite every "   \
240                 "btree node it traverses")                              \
241         BCH_DEBUG_PARAM(btree_gc_rewrite_disabled,                      \
242                 "Disables rewriting of btree nodes during mark and sweep")\
243         BCH_DEBUG_PARAM(btree_gc_coalesce_disabled,                     \
244                 "Disables coalescing of btree nodes")                   \
245         BCH_DEBUG_PARAM(btree_shrinker_disabled,                        \
246                 "Disables the shrinker callback for the btree node cache")
247
248 /* Parameters that should only be compiled in in debug mode: */
249 #define BCH_DEBUG_PARAMS_DEBUG()                                        \
250         BCH_DEBUG_PARAM(expensive_debug_checks,                         \
251                 "Enables various runtime debugging checks that "        \
252                 "significantly affect performance")                     \
253         BCH_DEBUG_PARAM(debug_check_bkeys,                              \
254                 "Run bkey_debugcheck (primarily checking GC/allocation "\
255                 "information) when iterating over keys")                \
256         BCH_DEBUG_PARAM(version_stress_test,                            \
257                 "Assigns random version numbers to newly written "      \
258                 "extents, to test overlapping extent cases")            \
259         BCH_DEBUG_PARAM(verify_btree_ondisk,                            \
260                 "Reread btree nodes at various points to verify the "   \
261                 "mergesort in the read path against modifications "     \
262                 "done in memory")                                       \
263
264 #define BCH_DEBUG_PARAMS_ALL() BCH_DEBUG_PARAMS_ALWAYS() BCH_DEBUG_PARAMS_DEBUG()
265
266 #ifdef CONFIG_BCACHEFS_DEBUG
267 #define BCH_DEBUG_PARAMS() BCH_DEBUG_PARAMS_ALL()
268 #else
269 #define BCH_DEBUG_PARAMS() BCH_DEBUG_PARAMS_ALWAYS()
270 #endif
271
272 /* name, frequency_units, duration_units */
273 #define BCH_TIME_STATS()                                                \
274         BCH_TIME_STAT(btree_node_mem_alloc,     sec, us)                \
275         BCH_TIME_STAT(btree_gc,                 sec, ms)                \
276         BCH_TIME_STAT(btree_coalesce,           sec, ms)                \
277         BCH_TIME_STAT(btree_split,              sec, us)                \
278         BCH_TIME_STAT(btree_sort,               ms, us)                 \
279         BCH_TIME_STAT(btree_read,               ms, us)                 \
280         BCH_TIME_STAT(journal_write,            us, us)                 \
281         BCH_TIME_STAT(journal_delay,            ms, us)                 \
282         BCH_TIME_STAT(journal_blocked,          sec, ms)                \
283         BCH_TIME_STAT(journal_flush_seq,        us, us)
284
285 #include "alloc_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 "move_types.h"
292 #include "super_types.h"
293
294 /* 256k, in sectors */
295 #define BTREE_NODE_SIZE_MAX             512
296
297 /*
298  * Number of nodes we might have to allocate in a worst case btree split
299  * operation - we split all the way up to the root, then allocate a new root.
300  */
301 #define btree_reserve_required_nodes(depth)     (((depth) + 1) * 2 + 1)
302
303 /* Number of nodes btree coalesce will try to coalesce at once */
304 #define GC_MERGE_NODES          4U
305
306 /* Maximum number of nodes we might need to allocate atomically: */
307 #define BTREE_RESERVE_MAX                                               \
308         (btree_reserve_required_nodes(BTREE_MAX_DEPTH) + GC_MERGE_NODES)
309
310 /* Size of the freelist we allocate btree nodes from: */
311 #define BTREE_NODE_RESERVE              (BTREE_RESERVE_MAX * 2)
312
313 struct btree;
314 struct crypto_blkcipher;
315 struct crypto_ahash;
316
317 enum gc_phase {
318         GC_PHASE_SB_METADATA            = BTREE_ID_NR + 1,
319         GC_PHASE_PENDING_DELETE,
320         GC_PHASE_DONE
321 };
322
323 struct gc_pos {
324         enum gc_phase           phase;
325         struct bpos             pos;
326         unsigned                level;
327 };
328
329 struct bch_member_cpu {
330         u64                     nbuckets;       /* device size */
331         u16                     first_bucket;   /* index of first bucket used */
332         u16                     bucket_size;    /* sectors */
333         u8                      state;
334         u8                      tier;
335         u8                      has_metadata;
336         u8                      has_data;
337         u8                      replacement;
338         u8                      discard;
339         u8                      valid;
340 };
341
342 struct bch_dev {
343         struct kobject          kobj;
344         struct percpu_ref       ref;
345         struct percpu_ref       io_ref;
346         struct completion       stop_complete;
347         struct completion       offline_complete;
348
349         struct bch_fs           *fs;
350
351         u8                      dev_idx;
352         /*
353          * Cached version of this device's member info from superblock
354          * Committed by bch2_write_super() -> bch_fs_mi_update()
355          */
356         struct bch_member_cpu   mi;
357         uuid_le                 uuid;
358         char                    name[BDEVNAME_SIZE];
359
360         struct bcache_superblock disk_sb;
361
362         struct dev_group        self;
363
364         /* biosets used in cloned bios for replicas and moving_gc */
365         struct bio_set          replica_set;
366
367         struct task_struct      *alloc_thread;
368
369         struct prio_set         *disk_buckets;
370
371         /*
372          * When allocating new buckets, prio_write() gets first dibs - since we
373          * may not be allocate at all without writing priorities and gens.
374          * prio_last_buckets[] contains the last buckets we wrote priorities to
375          * (so gc can mark them as metadata).
376          */
377         u64                     *prio_buckets;
378         u64                     *prio_last_buckets;
379         spinlock_t              prio_buckets_lock;
380         struct bio              *bio_prio;
381
382         /*
383          * free: Buckets that are ready to be used
384          *
385          * free_inc: Incoming buckets - these are buckets that currently have
386          * cached data in them, and we can't reuse them until after we write
387          * their new gen to disk. After prio_write() finishes writing the new
388          * gens/prios, they'll be moved to the free list (and possibly discarded
389          * in the process)
390          */
391         DECLARE_FIFO(long, free)[RESERVE_NR];
392         DECLARE_FIFO(long, free_inc);
393         spinlock_t              freelist_lock;
394
395         size_t                  fifo_last_bucket;
396
397         /* Allocation stuff: */
398
399         /* most out of date gen in the btree */
400         u8                      *oldest_gens;
401         struct bucket           *buckets;
402         unsigned short          bucket_bits;    /* ilog2(bucket_size) */
403
404         /* last calculated minimum prio */
405         u16                     min_prio[2];
406
407         /*
408          * Bucket book keeping. The first element is updated by GC, the
409          * second contains a saved copy of the stats from the beginning
410          * of GC.
411          */
412         struct bch_dev_usage __percpu *usage_percpu;
413         struct bch_dev_usage    usage_cached;
414
415         atomic_long_t           saturated_count;
416         size_t                  inc_gen_needs_gc;
417
418         struct mutex            heap_lock;
419         DECLARE_HEAP(struct bucket_heap_entry, heap);
420
421         /* Moving GC: */
422         struct task_struct      *moving_gc_read;
423
424         struct bch_pd_controller moving_gc_pd;
425
426         /* Tiering: */
427         struct write_point      tiering_write_point;
428
429         struct write_point      copygc_write_point;
430
431         struct journal_device   journal;
432
433         struct work_struct      io_error_work;
434
435         /* The rest of this all shows up in sysfs */
436         atomic64_t              meta_sectors_written;
437         atomic64_t              btree_sectors_written;
438         u64 __percpu            *sectors_written;
439 };
440
441 /*
442  * Flag bits for what phase of startup/shutdown the cache set is at, how we're
443  * shutting down, etc.:
444  *
445  * BCH_FS_UNREGISTERING means we're not just shutting down, we're detaching
446  * all the backing devices first (their cached data gets invalidated, and they
447  * won't automatically reattach).
448  */
449 enum {
450         BCH_FS_INITIAL_GC_DONE,
451         BCH_FS_EMERGENCY_RO,
452         BCH_FS_WRITE_DISABLE_COMPLETE,
453         BCH_FS_GC_STOPPING,
454         BCH_FS_GC_FAILURE,
455         BCH_FS_BDEV_MOUNTED,
456         BCH_FS_ERROR,
457         BCH_FS_FSCK_FIXED_ERRORS,
458 };
459
460 struct btree_debug {
461         unsigned                id;
462         struct dentry           *btree;
463         struct dentry           *btree_format;
464         struct dentry           *failed;
465 };
466
467 struct bch_tier {
468         unsigned                idx;
469         struct task_struct      *migrate;
470         struct bch_pd_controller pd;
471
472         struct dev_group        devs;
473 };
474
475 enum bch_fs_state {
476         BCH_FS_STARTING         = 0,
477         BCH_FS_STOPPING,
478         BCH_FS_RO,
479         BCH_FS_RW,
480 };
481
482 struct bch_fs {
483         struct closure          cl;
484
485         struct list_head        list;
486         struct kobject          kobj;
487         struct kobject          internal;
488         struct kobject          opts_dir;
489         struct kobject          time_stats;
490         unsigned long           flags;
491
492         int                     minor;
493         struct device           *chardev;
494         struct super_block      *vfs_sb;
495         char                    name[40];
496
497         /* ro/rw, add/remove devices: */
498         struct mutex            state_lock;
499         enum bch_fs_state       state;
500
501         /* Counts outstanding writes, for clean transition to read-only */
502         struct percpu_ref       writes;
503         struct work_struct      read_only_work;
504
505         struct bch_dev __rcu    *devs[BCH_SB_MEMBERS_MAX];
506
507         struct bch_opts         opts;
508
509         /* Updated by bch2_sb_update():*/
510         struct {
511                 uuid_le         uuid;
512                 uuid_le         user_uuid;
513
514                 u16             block_size;
515                 u16             btree_node_size;
516
517                 u8              nr_devices;
518                 u8              clean;
519
520                 u8              meta_replicas_have;
521                 u8              data_replicas_have;
522
523                 u8              str_hash_type;
524                 u8              encryption_type;
525
526                 u64             time_base_lo;
527                 u32             time_base_hi;
528                 u32             time_precision;
529         }                       sb;
530
531         struct bch_sb           *disk_sb;
532         unsigned                disk_sb_order;
533
534         unsigned short          block_bits;     /* ilog2(block_size) */
535
536         struct closure          sb_write;
537         struct mutex            sb_lock;
538
539         struct backing_dev_info bdi;
540
541         /* BTREE CACHE */
542         struct bio_set          btree_read_bio;
543
544         struct btree_root       btree_roots[BTREE_ID_NR];
545         struct mutex            btree_root_lock;
546
547         bool                    btree_cache_table_init_done;
548         struct rhashtable       btree_cache_table;
549
550         /*
551          * We never free a struct btree, except on shutdown - we just put it on
552          * the btree_cache_freed list and reuse it later. This simplifies the
553          * code, and it doesn't cost us much memory as the memory usage is
554          * dominated by buffers that hold the actual btree node data and those
555          * can be freed - and the number of struct btrees allocated is
556          * effectively bounded.
557          *
558          * btree_cache_freeable effectively is a small cache - we use it because
559          * high order page allocations can be rather expensive, and it's quite
560          * common to delete and allocate btree nodes in quick succession. It
561          * should never grow past ~2-3 nodes in practice.
562          */
563         struct mutex            btree_cache_lock;
564         struct list_head        btree_cache;
565         struct list_head        btree_cache_freeable;
566         struct list_head        btree_cache_freed;
567
568         /* Number of elements in btree_cache + btree_cache_freeable lists */
569         unsigned                btree_cache_used;
570         unsigned                btree_cache_reserve;
571         struct shrinker         btree_cache_shrink;
572
573         /*
574          * If we need to allocate memory for a new btree node and that
575          * allocation fails, we can cannibalize another node in the btree cache
576          * to satisfy the allocation - lock to guarantee only one thread does
577          * this at a time:
578          */
579         struct closure_waitlist mca_wait;
580         struct task_struct      *btree_cache_alloc_lock;
581
582         mempool_t               btree_reserve_pool;
583
584         /*
585          * Cache of allocated btree nodes - if we allocate a btree node and
586          * don't use it, if we free it that space can't be reused until going
587          * _all_ the way through the allocator (which exposes us to a livelock
588          * when allocating btree reserves fail halfway through) - instead, we
589          * can stick them here:
590          */
591         struct btree_alloc {
592                 struct open_bucket      *ob;
593                 BKEY_PADDED(k);
594         }                       btree_reserve_cache[BTREE_NODE_RESERVE * 2];
595         unsigned                btree_reserve_cache_nr;
596         struct mutex            btree_reserve_cache_lock;
597
598         mempool_t               btree_interior_update_pool;
599         struct list_head        btree_interior_update_list;
600         struct mutex            btree_interior_update_lock;
601
602         struct workqueue_struct *wq;
603         /* copygc needs its own workqueue for index updates.. */
604         struct workqueue_struct *copygc_wq;
605
606         /* ALLOCATION */
607         struct bch_pd_controller foreground_write_pd;
608         struct delayed_work     pd_controllers_update;
609         unsigned                pd_controllers_update_seconds;
610         spinlock_t              foreground_write_pd_lock;
611         struct bch_write_op     *write_wait_head;
612         struct bch_write_op     *write_wait_tail;
613
614         struct timer_list       foreground_write_wakeup;
615
616         /*
617          * These contain all r/w devices - i.e. devices we can currently
618          * allocate from:
619          */
620         struct dev_group        all_devs;
621         struct bch_tier         tiers[BCH_TIER_MAX];
622         /* NULL if we only have devices in one tier: */
623         struct bch_tier         *fastest_tier;
624
625         u64                     capacity; /* sectors */
626
627         /*
628          * When capacity _decreases_ (due to a disk being removed), we
629          * increment capacity_gen - this invalidates outstanding reservations
630          * and forces them to be revalidated
631          */
632         u32                     capacity_gen;
633
634         atomic64_t              sectors_available;
635
636         struct bch_fs_usage __percpu *usage_percpu;
637         struct bch_fs_usage     usage_cached;
638         struct lglock           usage_lock;
639
640         struct mutex            bucket_lock;
641
642         struct closure_waitlist freelist_wait;
643
644         /*
645          * When we invalidate buckets, we use both the priority and the amount
646          * of good data to determine which buckets to reuse first - to weight
647          * those together consistently we keep track of the smallest nonzero
648          * priority of any bucket.
649          */
650         struct prio_clock       prio_clock[2];
651
652         struct io_clock         io_clock[2];
653
654         /* SECTOR ALLOCATOR */
655         struct list_head        open_buckets_open;
656         struct list_head        open_buckets_free;
657         unsigned                open_buckets_nr_free;
658         struct closure_waitlist open_buckets_wait;
659         spinlock_t              open_buckets_lock;
660         struct open_bucket      open_buckets[OPEN_BUCKETS_COUNT];
661
662         struct write_point      btree_write_point;
663
664         struct write_point      write_points[WRITE_POINT_COUNT];
665         struct write_point      promote_write_point;
666
667         /*
668          * This write point is used for migrating data off a device
669          * and can point to any other device.
670          * We can't use the normal write points because those will
671          * gang up n replicas, and for migration we want only one new
672          * replica.
673          */
674         struct write_point      migration_write_point;
675
676         /* GARBAGE COLLECTION */
677         struct task_struct      *gc_thread;
678         atomic_t                kick_gc;
679
680         /*
681          * Tracks GC's progress - everything in the range [ZERO_KEY..gc_cur_pos]
682          * has been marked by GC.
683          *
684          * gc_cur_phase is a superset of btree_ids (BTREE_ID_EXTENTS etc.)
685          *
686          * gc_cur_phase == GC_PHASE_DONE indicates that gc is finished/not
687          * currently running, and gc marks are currently valid
688          *
689          * Protected by gc_pos_lock. Only written to by GC thread, so GC thread
690          * can read without a lock.
691          */
692         seqcount_t              gc_pos_lock;
693         struct gc_pos           gc_pos;
694
695         /*
696          * The allocation code needs gc_mark in struct bucket to be correct, but
697          * it's not while a gc is in progress.
698          */
699         struct rw_semaphore     gc_lock;
700
701         /* IO PATH */
702         struct bio_set          bio_read;
703         struct bio_set          bio_read_split;
704         struct bio_set          bio_write;
705         struct mutex            bio_bounce_pages_lock;
706         mempool_t               bio_bounce_pages;
707
708         mempool_t               lz4_workspace_pool;
709         void                    *zlib_workspace;
710         struct mutex            zlib_workspace_lock;
711         mempool_t               compression_bounce[2];
712
713         struct crypto_shash     *sha256;
714         struct crypto_blkcipher *chacha20;
715         struct crypto_shash     *poly1305;
716
717         atomic64_t              key_version;
718
719         struct bio_list         read_retry_list;
720         struct work_struct      read_retry_work;
721         spinlock_t              read_retry_lock;
722
723         /* FILESYSTEM */
724         wait_queue_head_t       writeback_wait;
725         atomic_t                writeback_pages;
726         unsigned                writeback_pages_max;
727         atomic_long_t           nr_inodes;
728
729         /* DEBUG JUNK */
730         struct dentry           *debug;
731         struct btree_debug      btree_debug[BTREE_ID_NR];
732 #ifdef CONFIG_BCACHEFS_DEBUG
733         struct btree            *verify_data;
734         struct btree_node       *verify_ondisk;
735         struct mutex            verify_lock;
736 #endif
737
738         u64                     unused_inode_hint;
739
740         /*
741          * A btree node on disk could have too many bsets for an iterator to fit
742          * on the stack - have to dynamically allocate them
743          */
744         mempool_t               fill_iter;
745
746         mempool_t               btree_bounce_pool;
747
748         struct journal          journal;
749
750         unsigned                bucket_journal_seq;
751
752         /* The rest of this all shows up in sysfs */
753         atomic_long_t           cache_read_races;
754
755         unsigned                foreground_write_ratelimit_enabled:1;
756         unsigned                copy_gc_enabled:1;
757         unsigned                tiering_enabled:1;
758         unsigned                tiering_percent;
759
760         /*
761          * foreground writes will be throttled when the number of free
762          * buckets is below this percentage
763          */
764         unsigned                foreground_target_percent;
765
766 #define BCH_DEBUG_PARAM(name, description) bool name;
767         BCH_DEBUG_PARAMS_ALL()
768 #undef BCH_DEBUG_PARAM
769
770 #define BCH_TIME_STAT(name, frequency_units, duration_units)            \
771         struct time_stats       name##_time;
772         BCH_TIME_STATS()
773 #undef BCH_TIME_STAT
774 };
775
776 static inline bool bch2_fs_running(struct bch_fs *c)
777 {
778         return c->state == BCH_FS_RO || c->state == BCH_FS_RW;
779 }
780
781 static inline unsigned bucket_pages(const struct bch_dev *ca)
782 {
783         return ca->mi.bucket_size / PAGE_SECTORS;
784 }
785
786 static inline unsigned bucket_bytes(const struct bch_dev *ca)
787 {
788         return ca->mi.bucket_size << 9;
789 }
790
791 static inline unsigned block_bytes(const struct bch_fs *c)
792 {
793         return c->sb.block_size << 9;
794 }
795
796 #endif /* _BCACHE_H */