]> git.sesse.net Git - bcachefs-tools-debian/blob - libbcachefs/bcachefs.h
Update bcachefs sources to cd779e0cc5 bcachefs: Skip inode unpack/pack in bch2_extent...
[bcachefs-tools-debian] / libbcachefs / bcachefs.h
1 /* SPDX-License-Identifier: GPL-2.0 */
2 #ifndef _BCACHEFS_H
3 #define _BCACHEFS_H
4
5 /*
6  * SOME HIGH LEVEL CODE DOCUMENTATION:
7  *
8  * Bcache mostly works with cache sets, cache devices, and backing devices.
9  *
10  * Support for multiple cache devices hasn't quite been finished off yet, but
11  * it's about 95% plumbed through. A cache set and its cache devices is sort of
12  * like a md raid array and its component devices. Most of the code doesn't care
13  * about individual cache devices, the main abstraction is the cache set.
14  *
15  * Multiple cache devices is intended to give us the ability to mirror dirty
16  * cached data and metadata, without mirroring clean cached data.
17  *
18  * Backing devices are different, in that they have a lifetime independent of a
19  * cache set. When you register a newly formatted backing device it'll come up
20  * in passthrough mode, and then you can attach and detach a backing device from
21  * a cache set at runtime - while it's mounted and in use. Detaching implicitly
22  * invalidates any cached data for that backing device.
23  *
24  * A cache set can have multiple (many) backing devices attached to it.
25  *
26  * There's also flash only volumes - this is the reason for the distinction
27  * between struct cached_dev and struct bcache_device. A flash only volume
28  * works much like a bcache device that has a backing device, except the
29  * "cached" data is always dirty. The end result is that we get thin
30  * provisioning with very little additional code.
31  *
32  * Flash only volumes work but they're not production ready because the moving
33  * garbage collector needs more work. More on that later.
34  *
35  * BUCKETS/ALLOCATION:
36  *
37  * Bcache is primarily designed for caching, which means that in normal
38  * operation all of our available space will be allocated. Thus, we need an
39  * efficient way of deleting things from the cache so we can write new things to
40  * it.
41  *
42  * To do this, we first divide the cache device up into buckets. A bucket is the
43  * unit of allocation; they're typically around 1 mb - anywhere from 128k to 2M+
44  * works efficiently.
45  *
46  * Each bucket has a 16 bit priority, and an 8 bit generation associated with
47  * it. The gens and priorities for all the buckets are stored contiguously and
48  * packed on disk (in a linked list of buckets - aside from the superblock, all
49  * of bcache's metadata is stored in buckets).
50  *
51  * The priority is used to implement an LRU. We reset a bucket's priority when
52  * we allocate it or on cache it, and every so often we decrement the priority
53  * of each bucket. It could be used to implement something more sophisticated,
54  * if anyone ever gets around to it.
55  *
56  * The generation is used for invalidating buckets. Each pointer also has an 8
57  * bit generation embedded in it; for a pointer to be considered valid, its gen
58  * must match the gen of the bucket it points into.  Thus, to reuse a bucket all
59  * we have to do is increment its gen (and write its new gen to disk; we batch
60  * this up).
61  *
62  * Bcache is entirely COW - we never write twice to a bucket, even buckets that
63  * contain metadata (including btree nodes).
64  *
65  * THE BTREE:
66  *
67  * Bcache is in large part design around the btree.
68  *
69  * At a high level, the btree is just an index of key -> ptr tuples.
70  *
71  * Keys represent extents, and thus have a size field. Keys also have a variable
72  * number of pointers attached to them (potentially zero, which is handy for
73  * invalidating the cache).
74  *
75  * The key itself is an inode:offset pair. The inode number corresponds to a
76  * backing device or a flash only volume. The offset is the ending offset of the
77  * extent within the inode - not the starting offset; this makes lookups
78  * slightly more convenient.
79  *
80  * Pointers contain the cache device id, the offset on that device, and an 8 bit
81  * generation number. More on the gen later.
82  *
83  * Index lookups are not fully abstracted - cache lookups in particular are
84  * still somewhat mixed in with the btree code, but things are headed in that
85  * direction.
86  *
87  * Updates are fairly well abstracted, though. There are two different ways of
88  * updating the btree; insert and replace.
89  *
90  * BTREE_INSERT will just take a list of keys and insert them into the btree -
91  * overwriting (possibly only partially) any extents they overlap with. This is
92  * used to update the index after a write.
93  *
94  * BTREE_REPLACE is really cmpxchg(); it inserts a key into the btree iff it is
95  * overwriting a key that matches another given key. This is used for inserting
96  * data into the cache after a cache miss, and for background writeback, and for
97  * the moving garbage collector.
98  *
99  * There is no "delete" operation; deleting things from the index is
100  * accomplished by either by invalidating pointers (by incrementing a bucket's
101  * gen) or by inserting a key with 0 pointers - which will overwrite anything
102  * previously present at that location in the index.
103  *
104  * This means that there are always stale/invalid keys in the btree. They're
105  * filtered out by the code that iterates through a btree node, and removed when
106  * a btree node is rewritten.
107  *
108  * BTREE NODES:
109  *
110  * Our unit of allocation is a bucket, and we can't arbitrarily allocate and
111  * free smaller than a bucket - so, that's how big our btree nodes are.
112  *
113  * (If buckets are really big we'll only use part of the bucket for a btree node
114  * - no less than 1/4th - but a bucket still contains no more than a single
115  * btree node. I'd actually like to change this, but for now we rely on the
116  * bucket's gen for deleting btree nodes when we rewrite/split a node.)
117  *
118  * Anyways, btree nodes are big - big enough to be inefficient with a textbook
119  * btree implementation.
120  *
121  * The way this is solved is that btree nodes are internally log structured; we
122  * can append new keys to an existing btree node without rewriting it. This
123  * means each set of keys we write is sorted, but the node is not.
124  *
125  * We maintain this log structure in memory - keeping 1Mb of keys sorted would
126  * be expensive, and we have to distinguish between the keys we have written and
127  * the keys we haven't. So to do a lookup in a btree node, we have to search
128  * each sorted set. But we do merge written sets together lazily, so the cost of
129  * these extra searches is quite low (normally most of the keys in a btree node
130  * will be in one big set, and then there'll be one or two sets that are much
131  * smaller).
132  *
133  * This log structure makes bcache's btree more of a hybrid between a
134  * conventional btree and a compacting data structure, with some of the
135  * advantages of both.
136  *
137  * GARBAGE COLLECTION:
138  *
139  * We can't just invalidate any bucket - it might contain dirty data or
140  * metadata. If it once contained dirty data, other writes might overwrite it
141  * later, leaving no valid pointers into that bucket in the index.
142  *
143  * Thus, the primary purpose of garbage collection is to find buckets to reuse.
144  * It also counts how much valid data it each bucket currently contains, so that
145  * allocation can reuse buckets sooner when they've been mostly overwritten.
146  *
147  * It also does some things that are really internal to the btree
148  * implementation. If a btree node contains pointers that are stale by more than
149  * some threshold, it rewrites the btree node to avoid the bucket's generation
150  * wrapping around. It also merges adjacent btree nodes if they're empty enough.
151  *
152  * THE JOURNAL:
153  *
154  * Bcache's journal is not necessary for consistency; we always strictly
155  * order metadata writes so that the btree and everything else is consistent on
156  * disk in the event of an unclean shutdown, and in fact bcache had writeback
157  * caching (with recovery from unclean shutdown) before journalling was
158  * implemented.
159  *
160  * Rather, the journal is purely a performance optimization; we can't complete a
161  * write until we've updated the index on disk, otherwise the cache would be
162  * inconsistent in the event of an unclean shutdown. This means that without the
163  * journal, on random write workloads we constantly have to update all the leaf
164  * nodes in the btree, and those writes will be mostly empty (appending at most
165  * a few keys each) - highly inefficient in terms of amount of metadata writes,
166  * and it puts more strain on the various btree resorting/compacting code.
167  *
168  * The journal is just a log of keys we've inserted; on startup we just reinsert
169  * all the keys in the open journal entries. That means that when we're updating
170  * a node in the btree, we can wait until a 4k block of keys fills up before
171  * writing them out.
172  *
173  * For simplicity, we only journal updates to leaf nodes; updates to parent
174  * nodes are rare enough (since our leaf nodes are huge) that it wasn't worth
175  * the complexity to deal with journalling them (in particular, journal replay)
176  * - updates to non leaf nodes just happen synchronously (see btree_split()).
177  */
178
179 #undef pr_fmt
180 #ifdef __KERNEL__
181 #define pr_fmt(fmt) "bcachefs: %s() " fmt "\n", __func__
182 #else
183 #define pr_fmt(fmt) "%s() " fmt "\n", __func__
184 #endif
185
186 #include <linux/backing-dev-defs.h>
187 #include <linux/bug.h>
188 #include <linux/bio.h>
189 #include <linux/closure.h>
190 #include <linux/kobject.h>
191 #include <linux/list.h>
192 #include <linux/math64.h>
193 #include <linux/mutex.h>
194 #include <linux/percpu-refcount.h>
195 #include <linux/percpu-rwsem.h>
196 #include <linux/rhashtable.h>
197 #include <linux/rwsem.h>
198 #include <linux/semaphore.h>
199 #include <linux/seqlock.h>
200 #include <linux/shrinker.h>
201 #include <linux/srcu.h>
202 #include <linux/types.h>
203 #include <linux/workqueue.h>
204 #include <linux/zstd.h>
205
206 #include "bcachefs_format.h"
207 #include "errcode.h"
208 #include "fifo.h"
209 #include "opts.h"
210 #include "util.h"
211
212 #define dynamic_fault(...)              0
213 #define race_fault(...)                 0
214
215 #define trace_and_count(_c, _name, ...)                                 \
216 do {                                                                    \
217         this_cpu_inc((_c)->counters[BCH_COUNTER_##_name]);              \
218         trace_##_name(__VA_ARGS__);                                     \
219 } while (0)
220
221 #define bch2_fs_init_fault(name)                                        \
222         dynamic_fault("bcachefs:bch_fs_init:" name)
223 #define bch2_meta_read_fault(name)                                      \
224          dynamic_fault("bcachefs:meta:read:" name)
225 #define bch2_meta_write_fault(name)                                     \
226          dynamic_fault("bcachefs:meta:write:" name)
227
228 #ifdef __KERNEL__
229 #define bch2_log_msg(_c, fmt)           "bcachefs (%s): " fmt, ((_c)->name)
230 #define bch2_fmt(_c, fmt)               bch2_log_msg(_c, fmt "\n")
231 #define bch2_fmt_inum(_c, _inum, fmt)   "bcachefs (%s inum %llu): " fmt "\n", ((_c)->name), (_inum)
232 #else
233 #define bch2_log_msg(_c, fmt)           fmt
234 #define bch2_fmt(_c, fmt)               fmt "\n"
235 #define bch2_fmt_inum(_c, _inum, fmt)   "inum %llu: " fmt "\n", (_inum)
236 #endif
237
238 #define bch_info(c, fmt, ...) \
239         printk(KERN_INFO bch2_fmt(c, fmt), ##__VA_ARGS__)
240 #define bch_notice(c, fmt, ...) \
241         printk(KERN_NOTICE bch2_fmt(c, fmt), ##__VA_ARGS__)
242 #define bch_warn(c, fmt, ...) \
243         printk(KERN_WARNING bch2_fmt(c, fmt), ##__VA_ARGS__)
244 #define bch_warn_ratelimited(c, fmt, ...) \
245         printk_ratelimited(KERN_WARNING bch2_fmt(c, fmt), ##__VA_ARGS__)
246 #define bch_err(c, fmt, ...) \
247         printk(KERN_ERR bch2_fmt(c, fmt), ##__VA_ARGS__)
248
249 #define bch_err_ratelimited(c, fmt, ...) \
250         printk_ratelimited(KERN_ERR bch2_fmt(c, fmt), ##__VA_ARGS__)
251 #define bch_err_inum_ratelimited(c, _inum, fmt, ...) \
252         printk_ratelimited(KERN_ERR bch2_fmt_inum(c, _inum, fmt), ##__VA_ARGS__)
253
254 #define bch_verbose(c, fmt, ...)                                        \
255 do {                                                                    \
256         if ((c)->opts.verbose)                                          \
257                 bch_info(c, fmt, ##__VA_ARGS__);                        \
258 } while (0)
259
260 #define pr_verbose_init(opts, fmt, ...)                                 \
261 do {                                                                    \
262         if (opt_get(opts, verbose))                                     \
263                 pr_info(fmt, ##__VA_ARGS__);                            \
264 } while (0)
265
266 /* Parameters that are useful for debugging, but should always be compiled in: */
267 #define BCH_DEBUG_PARAMS_ALWAYS()                                       \
268         BCH_DEBUG_PARAM(key_merging_disabled,                           \
269                 "Disables merging of extents")                          \
270         BCH_DEBUG_PARAM(btree_gc_always_rewrite,                        \
271                 "Causes mark and sweep to compact and rewrite every "   \
272                 "btree node it traverses")                              \
273         BCH_DEBUG_PARAM(btree_gc_rewrite_disabled,                      \
274                 "Disables rewriting of btree nodes during mark and sweep")\
275         BCH_DEBUG_PARAM(btree_shrinker_disabled,                        \
276                 "Disables the shrinker callback for the btree node cache")\
277         BCH_DEBUG_PARAM(verify_btree_ondisk,                            \
278                 "Reread btree nodes at various points to verify the "   \
279                 "mergesort in the read path against modifications "     \
280                 "done in memory")                                       \
281         BCH_DEBUG_PARAM(verify_all_btree_replicas,                      \
282                 "When reading btree nodes, read all replicas and "      \
283                 "compare them")
284
285 /* Parameters that should only be compiled in in debug mode: */
286 #define BCH_DEBUG_PARAMS_DEBUG()                                        \
287         BCH_DEBUG_PARAM(expensive_debug_checks,                         \
288                 "Enables various runtime debugging checks that "        \
289                 "significantly affect performance")                     \
290         BCH_DEBUG_PARAM(debug_check_iterators,                          \
291                 "Enables extra verification for btree iterators")       \
292         BCH_DEBUG_PARAM(debug_check_btree_accounting,                   \
293                 "Verify btree accounting for keys within a node")       \
294         BCH_DEBUG_PARAM(journal_seq_verify,                             \
295                 "Store the journal sequence number in the version "     \
296                 "number of every btree key, and verify that btree "     \
297                 "update ordering is preserved during recovery")         \
298         BCH_DEBUG_PARAM(inject_invalid_keys,                            \
299                 "Store the journal sequence number in the version "     \
300                 "number of every btree key, and verify that btree "     \
301                 "update ordering is preserved during recovery")         \
302         BCH_DEBUG_PARAM(test_alloc_startup,                             \
303                 "Force allocator startup to use the slowpath where it"  \
304                 "can't find enough free buckets without invalidating"   \
305                 "cached data")                                          \
306         BCH_DEBUG_PARAM(force_reconstruct_read,                         \
307                 "Force reads to use the reconstruct path, when reading" \
308                 "from erasure coded extents")                           \
309         BCH_DEBUG_PARAM(test_restart_gc,                                \
310                 "Test restarting mark and sweep gc when bucket gens change")
311
312 #define BCH_DEBUG_PARAMS_ALL() BCH_DEBUG_PARAMS_ALWAYS() BCH_DEBUG_PARAMS_DEBUG()
313
314 #ifdef CONFIG_BCACHEFS_DEBUG
315 #define BCH_DEBUG_PARAMS() BCH_DEBUG_PARAMS_ALL()
316 #else
317 #define BCH_DEBUG_PARAMS() BCH_DEBUG_PARAMS_ALWAYS()
318 #endif
319
320 #define BCH_DEBUG_PARAM(name, description) extern bool bch2_##name;
321 BCH_DEBUG_PARAMS()
322 #undef BCH_DEBUG_PARAM
323
324 #ifndef CONFIG_BCACHEFS_DEBUG
325 #define BCH_DEBUG_PARAM(name, description) static const bool bch2_##name;
326 BCH_DEBUG_PARAMS_DEBUG()
327 #undef BCH_DEBUG_PARAM
328 #endif
329
330 #define BCH_TIME_STATS()                        \
331         x(btree_node_mem_alloc)                 \
332         x(btree_node_split)                     \
333         x(btree_node_compact)                   \
334         x(btree_node_merge)                     \
335         x(btree_node_sort)                      \
336         x(btree_node_read)                      \
337         x(btree_interior_update_foreground)     \
338         x(btree_interior_update_total)          \
339         x(btree_gc)                             \
340         x(data_write)                           \
341         x(data_read)                            \
342         x(data_promote)                         \
343         x(journal_flush_write)                  \
344         x(journal_noflush_write)                \
345         x(journal_flush_seq)                    \
346         x(blocked_journal)                      \
347         x(blocked_allocate)                     \
348         x(blocked_allocate_open_bucket)
349
350 enum bch_time_stats {
351 #define x(name) BCH_TIME_##name,
352         BCH_TIME_STATS()
353 #undef x
354         BCH_TIME_STAT_NR
355 };
356
357 #include "alloc_types.h"
358 #include "btree_types.h"
359 #include "buckets_types.h"
360 #include "buckets_waiting_for_journal_types.h"
361 #include "clock_types.h"
362 #include "ec_types.h"
363 #include "journal_types.h"
364 #include "keylist_types.h"
365 #include "quota_types.h"
366 #include "rebalance_types.h"
367 #include "replicas_types.h"
368 #include "subvolume_types.h"
369 #include "super_types.h"
370
371 /* Number of nodes btree coalesce will try to coalesce at once */
372 #define GC_MERGE_NODES          4U
373
374 /* Maximum number of nodes we might need to allocate atomically: */
375 #define BTREE_RESERVE_MAX       (BTREE_MAX_DEPTH + (BTREE_MAX_DEPTH - 1))
376
377 /* Size of the freelist we allocate btree nodes from: */
378 #define BTREE_NODE_RESERVE      (BTREE_RESERVE_MAX * 4)
379
380 #define BTREE_NODE_OPEN_BUCKET_RESERVE  (BTREE_RESERVE_MAX * BCH_REPLICAS_MAX)
381
382 struct btree;
383
384 enum gc_phase {
385         GC_PHASE_NOT_RUNNING,
386         GC_PHASE_START,
387         GC_PHASE_SB,
388
389         GC_PHASE_BTREE_stripes,
390         GC_PHASE_BTREE_extents,
391         GC_PHASE_BTREE_inodes,
392         GC_PHASE_BTREE_dirents,
393         GC_PHASE_BTREE_xattrs,
394         GC_PHASE_BTREE_alloc,
395         GC_PHASE_BTREE_quotas,
396         GC_PHASE_BTREE_reflink,
397         GC_PHASE_BTREE_subvolumes,
398         GC_PHASE_BTREE_snapshots,
399         GC_PHASE_BTREE_lru,
400         GC_PHASE_BTREE_freespace,
401         GC_PHASE_BTREE_need_discard,
402         GC_PHASE_BTREE_backpointers,
403
404         GC_PHASE_PENDING_DELETE,
405 };
406
407 struct gc_pos {
408         enum gc_phase           phase;
409         struct bpos             pos;
410         unsigned                level;
411 };
412
413 struct reflink_gc {
414         u64             offset;
415         u32             size;
416         u32             refcount;
417 };
418
419 typedef GENRADIX(struct reflink_gc) reflink_gc_table;
420
421 struct io_count {
422         u64                     sectors[2][BCH_DATA_NR];
423 };
424
425 struct bch_dev {
426         struct kobject          kobj;
427         struct percpu_ref       ref;
428         struct completion       ref_completion;
429         struct percpu_ref       io_ref;
430         struct completion       io_ref_completion;
431
432         struct bch_fs           *fs;
433
434         u8                      dev_idx;
435         /*
436          * Cached version of this device's member info from superblock
437          * Committed by bch2_write_super() -> bch_fs_mi_update()
438          */
439         struct bch_member_cpu   mi;
440         uuid_le                 uuid;
441         char                    name[BDEVNAME_SIZE];
442
443         struct bch_sb_handle    disk_sb;
444         struct bch_sb           *sb_read_scratch;
445         int                     sb_write_error;
446         dev_t                   dev;
447
448         struct bch_devs_mask    self;
449
450         /* biosets used in cloned bios for writing multiple replicas */
451         struct bio_set          replica_set;
452
453         /*
454          * Buckets:
455          * Per-bucket arrays are protected by c->mark_lock, bucket_lock and
456          * gc_lock, for device resize - holding any is sufficient for access:
457          * Or rcu_read_lock(), but only for ptr_stale():
458          */
459         struct bucket_array __rcu *buckets_gc;
460         struct bucket_gens __rcu *bucket_gens;
461         u8                      *oldest_gen;
462         unsigned long           *buckets_nouse;
463         struct rw_semaphore     bucket_lock;
464
465         struct bch_dev_usage            *usage_base;
466         struct bch_dev_usage __percpu   *usage[JOURNAL_BUF_NR];
467         struct bch_dev_usage __percpu   *usage_gc;
468
469         /* Allocator: */
470         u64                     new_fs_bucket_idx;
471         u64                     bucket_alloc_trans_early_cursor;
472
473         unsigned                nr_open_buckets;
474         unsigned                nr_btree_reserve;
475
476         open_bucket_idx_t       open_buckets_partial[OPEN_BUCKETS_COUNT];
477         open_bucket_idx_t       open_buckets_partial_nr;
478
479         size_t                  inc_gen_needs_gc;
480         size_t                  inc_gen_really_needs_gc;
481         size_t                  buckets_waiting_on_journal;
482
483         atomic64_t              rebalance_work;
484
485         struct journal_device   journal;
486         u64                     prev_journal_sector;
487
488         struct work_struct      io_error_work;
489
490         /* The rest of this all shows up in sysfs */
491         atomic64_t              cur_latency[2];
492         struct time_stats       io_latency[2];
493
494 #define CONGESTED_MAX           1024
495         atomic_t                congested;
496         u64                     congested_last;
497
498         struct io_count __percpu *io_done;
499 };
500
501 enum {
502         /* startup: */
503         BCH_FS_STARTED,
504         BCH_FS_MAY_GO_RW,
505         BCH_FS_RW,
506         BCH_FS_WAS_RW,
507
508         /* shutdown: */
509         BCH_FS_STOPPING,
510         BCH_FS_EMERGENCY_RO,
511         BCH_FS_WRITE_DISABLE_COMPLETE,
512         BCH_FS_CLEAN_SHUTDOWN,
513
514         /* fsck passes: */
515         BCH_FS_TOPOLOGY_REPAIR_DONE,
516         BCH_FS_INITIAL_GC_DONE,         /* kill when we enumerate fsck passes */
517         BCH_FS_CHECK_LRUS_DONE,
518         BCH_FS_CHECK_BACKPOINTERS_DONE,
519         BCH_FS_CHECK_ALLOC_TO_LRU_REFS_DONE,
520         BCH_FS_FSCK_DONE,
521         BCH_FS_INITIAL_GC_UNFIXED,      /* kill when we enumerate fsck errors */
522         BCH_FS_NEED_ANOTHER_GC,
523
524         BCH_FS_HAVE_DELETED_SNAPSHOTS,
525
526         /* errors: */
527         BCH_FS_ERROR,
528         BCH_FS_TOPOLOGY_ERROR,
529         BCH_FS_ERRORS_FIXED,
530         BCH_FS_ERRORS_NOT_FIXED,
531 };
532
533 struct btree_debug {
534         unsigned                id;
535 };
536
537 #define BCH_TRANSACTIONS_NR 128
538
539 struct btree_transaction_stats {
540         struct mutex            lock;
541         struct time_stats       lock_hold_times;
542         unsigned                nr_max_paths;
543         unsigned                max_mem;
544         char                    *max_paths_text;
545 };
546
547 struct bch_fs_pcpu {
548         u64                     sectors_available;
549 };
550
551 struct journal_seq_blacklist_table {
552         size_t                  nr;
553         struct journal_seq_blacklist_table_entry {
554                 u64             start;
555                 u64             end;
556                 bool            dirty;
557         }                       entries[0];
558 };
559
560 struct journal_keys {
561         struct journal_key {
562                 u64             journal_seq;
563                 u32             journal_offset;
564                 enum btree_id   btree_id:8;
565                 unsigned        level:8;
566                 bool            allocated;
567                 bool            overwritten;
568                 struct bkey_i   *k;
569         }                       *d;
570         /*
571          * Gap buffer: instead of all the empty space in the array being at the
572          * end of the buffer - from @nr to @size - the empty space is at @gap.
573          * This means that sequential insertions are O(n) instead of O(n^2).
574          */
575         size_t                  gap;
576         size_t                  nr;
577         size_t                  size;
578 };
579
580 struct btree_path_buf {
581         struct btree_path       *path;
582 };
583
584 #define REPLICAS_DELTA_LIST_MAX (1U << 16)
585
586 struct snapshot_t {
587         u32                     parent;
588         u32                     children[2];
589         u32                     subvol; /* Nonzero only if a subvolume points to this node: */
590         u32                     equiv;
591 };
592
593 typedef struct {
594         u32             subvol;
595         u64             inum;
596 } subvol_inum;
597
598 #define BCACHEFS_ROOT_SUBVOL_INUM                                       \
599         ((subvol_inum) { BCACHEFS_ROOT_SUBVOL,  BCACHEFS_ROOT_INO })
600
601 struct bch_fs {
602         struct closure          cl;
603
604         struct list_head        list;
605         struct kobject          kobj;
606         struct kobject          counters_kobj;
607         struct kobject          internal;
608         struct kobject          opts_dir;
609         struct kobject          time_stats;
610         unsigned long           flags;
611
612         int                     minor;
613         struct device           *chardev;
614         struct super_block      *vfs_sb;
615         dev_t                   dev;
616         char                    name[40];
617
618         /* ro/rw, add/remove/resize devices: */
619         struct rw_semaphore     state_lock;
620
621         /* Counts outstanding writes, for clean transition to read-only */
622         struct percpu_ref       writes;
623         struct work_struct      read_only_work;
624
625         struct bch_dev __rcu    *devs[BCH_SB_MEMBERS_MAX];
626
627         struct bch_replicas_cpu replicas;
628         struct bch_replicas_cpu replicas_gc;
629         struct mutex            replicas_gc_lock;
630         mempool_t               replicas_delta_pool;
631
632         struct journal_entry_res btree_root_journal_res;
633         struct journal_entry_res replicas_journal_res;
634         struct journal_entry_res clock_journal_res;
635         struct journal_entry_res dev_usage_journal_res;
636
637         struct bch_disk_groups_cpu __rcu *disk_groups;
638
639         struct bch_opts         opts;
640
641         /* Updated by bch2_sb_update():*/
642         struct {
643                 uuid_le         uuid;
644                 uuid_le         user_uuid;
645
646                 u16             version;
647                 u16             version_min;
648
649                 u8              nr_devices;
650                 u8              clean;
651
652                 u8              encryption_type;
653
654                 u64             time_base_lo;
655                 u32             time_base_hi;
656                 unsigned        time_units_per_sec;
657                 unsigned        nsec_per_time_unit;
658                 u64             features;
659                 u64             compat;
660         }                       sb;
661
662
663         struct bch_sb_handle    disk_sb;
664
665         unsigned short          block_bits;     /* ilog2(block_size) */
666
667         u16                     btree_foreground_merge_threshold;
668
669         struct closure          sb_write;
670         struct mutex            sb_lock;
671
672         /* snapshot.c: */
673         GENRADIX(struct snapshot_t) snapshots;
674         struct bch_snapshot_table __rcu *snapshot_table;
675         struct mutex            snapshot_table_lock;
676         struct work_struct      snapshot_delete_work;
677         struct work_struct      snapshot_wait_for_pagecache_and_delete_work;
678         snapshot_id_list        snapshots_unlinked;
679         struct mutex            snapshots_unlinked_lock;
680
681         /* BTREE CACHE */
682         struct bio_set          btree_bio;
683         struct workqueue_struct *io_complete_wq;
684
685         struct btree_root       btree_roots[BTREE_ID_NR];
686         struct mutex            btree_root_lock;
687
688         struct btree_cache      btree_cache;
689
690         /*
691          * Cache of allocated btree nodes - if we allocate a btree node and
692          * don't use it, if we free it that space can't be reused until going
693          * _all_ the way through the allocator (which exposes us to a livelock
694          * when allocating btree reserves fail halfway through) - instead, we
695          * can stick them here:
696          */
697         struct btree_alloc      btree_reserve_cache[BTREE_NODE_RESERVE * 2];
698         unsigned                btree_reserve_cache_nr;
699         struct mutex            btree_reserve_cache_lock;
700
701         mempool_t               btree_interior_update_pool;
702         struct list_head        btree_interior_update_list;
703         struct list_head        btree_interior_updates_unwritten;
704         struct mutex            btree_interior_update_lock;
705         struct closure_waitlist btree_interior_update_wait;
706
707         struct workqueue_struct *btree_interior_update_worker;
708         struct work_struct      btree_interior_update_work;
709
710         /* btree_iter.c: */
711         struct mutex            btree_trans_lock;
712         struct list_head        btree_trans_list;
713         mempool_t               btree_paths_pool;
714         mempool_t               btree_trans_mem_pool;
715         struct btree_path_buf  __percpu *btree_paths_bufs;
716
717         struct srcu_struct      btree_trans_barrier;
718         bool                    btree_trans_barrier_initialized;
719
720         struct btree_key_cache  btree_key_cache;
721         unsigned                btree_key_cache_btrees;
722
723         struct workqueue_struct *btree_update_wq;
724         struct workqueue_struct *btree_io_complete_wq;
725         /* copygc needs its own workqueue for index updates.. */
726         struct workqueue_struct *copygc_wq;
727
728         /* ALLOCATION */
729         struct bch_devs_mask    rw_devs[BCH_DATA_NR];
730
731         u64                     capacity; /* sectors */
732
733         /*
734          * When capacity _decreases_ (due to a disk being removed), we
735          * increment capacity_gen - this invalidates outstanding reservations
736          * and forces them to be revalidated
737          */
738         u32                     capacity_gen;
739         unsigned                bucket_size_max;
740
741         atomic64_t              sectors_available;
742         struct mutex            sectors_available_lock;
743
744         struct bch_fs_pcpu __percpu     *pcpu;
745
746         struct percpu_rw_semaphore      mark_lock;
747
748         seqcount_t                      usage_lock;
749         struct bch_fs_usage             *usage_base;
750         struct bch_fs_usage __percpu    *usage[JOURNAL_BUF_NR];
751         struct bch_fs_usage __percpu    *usage_gc;
752         u64 __percpu            *online_reserved;
753
754         /* single element mempool: */
755         struct mutex            usage_scratch_lock;
756         struct bch_fs_usage_online *usage_scratch;
757
758         struct io_clock         io_clock[2];
759
760         /* JOURNAL SEQ BLACKLIST */
761         struct journal_seq_blacklist_table *
762                                 journal_seq_blacklist_table;
763         struct work_struct      journal_seq_blacklist_gc_work;
764
765         /* ALLOCATOR */
766         spinlock_t              freelist_lock;
767         struct closure_waitlist freelist_wait;
768         u64                     blocked_allocate;
769         u64                     blocked_allocate_open_bucket;
770
771         open_bucket_idx_t       open_buckets_freelist;
772         open_bucket_idx_t       open_buckets_nr_free;
773         struct closure_waitlist open_buckets_wait;
774         struct open_bucket      open_buckets[OPEN_BUCKETS_COUNT];
775         open_bucket_idx_t       open_buckets_hash[OPEN_BUCKETS_COUNT];
776
777         struct write_point      btree_write_point;
778         struct write_point      rebalance_write_point;
779
780         struct write_point      write_points[WRITE_POINT_MAX];
781         struct hlist_head       write_points_hash[WRITE_POINT_HASH_NR];
782         struct mutex            write_points_hash_lock;
783         unsigned                write_points_nr;
784
785         struct buckets_waiting_for_journal buckets_waiting_for_journal;
786         struct work_struct      discard_work;
787         struct work_struct      invalidate_work;
788
789         /* GARBAGE COLLECTION */
790         struct task_struct      *gc_thread;
791         atomic_t                kick_gc;
792         unsigned long           gc_count;
793
794         enum btree_id           gc_gens_btree;
795         struct bpos             gc_gens_pos;
796
797         /*
798          * Tracks GC's progress - everything in the range [ZERO_KEY..gc_cur_pos]
799          * has been marked by GC.
800          *
801          * gc_cur_phase is a superset of btree_ids (BTREE_ID_extents etc.)
802          *
803          * Protected by gc_pos_lock. Only written to by GC thread, so GC thread
804          * can read without a lock.
805          */
806         seqcount_t              gc_pos_lock;
807         struct gc_pos           gc_pos;
808
809         /*
810          * The allocation code needs gc_mark in struct bucket to be correct, but
811          * it's not while a gc is in progress.
812          */
813         struct rw_semaphore     gc_lock;
814         struct mutex            gc_gens_lock;
815
816         /* IO PATH */
817         struct bio_set          bio_read;
818         struct bio_set          bio_read_split;
819         struct bio_set          bio_write;
820         struct mutex            bio_bounce_pages_lock;
821         mempool_t               bio_bounce_pages;
822         struct rhashtable       promote_table;
823
824         mempool_t               compression_bounce[2];
825         mempool_t               compress_workspace[BCH_COMPRESSION_TYPE_NR];
826         mempool_t               decompress_workspace;
827         ZSTD_parameters         zstd_params;
828
829         struct crypto_shash     *sha256;
830         struct crypto_sync_skcipher *chacha20;
831         struct crypto_shash     *poly1305;
832
833         atomic64_t              key_version;
834
835         mempool_t               large_bkey_pool;
836
837         /* REBALANCE */
838         struct bch_fs_rebalance rebalance;
839
840         /* COPYGC */
841         struct task_struct      *copygc_thread;
842         copygc_heap             copygc_heap;
843         struct write_point      copygc_write_point;
844         s64                     copygc_wait;
845         bool                    copygc_running;
846         wait_queue_head_t       copygc_running_wq;
847
848         /* DATA PROGRESS STATS */
849         struct list_head        data_progress_list;
850         struct mutex            data_progress_lock;
851
852         /* STRIPES: */
853         GENRADIX(struct stripe) stripes;
854         GENRADIX(struct gc_stripe) gc_stripes;
855
856         ec_stripes_heap         ec_stripes_heap;
857         spinlock_t              ec_stripes_heap_lock;
858
859         /* ERASURE CODING */
860         struct list_head        ec_stripe_head_list;
861         struct mutex            ec_stripe_head_lock;
862
863         struct list_head        ec_stripe_new_list;
864         struct mutex            ec_stripe_new_lock;
865
866         struct work_struct      ec_stripe_create_work;
867         u64                     ec_stripe_hint;
868
869         struct bio_set          ec_bioset;
870
871         struct work_struct      ec_stripe_delete_work;
872         struct llist_head       ec_stripe_delete_list;
873
874         /* REFLINK */
875         u64                     reflink_hint;
876         reflink_gc_table        reflink_gc_table;
877         size_t                  reflink_gc_nr;
878
879         /* VFS IO PATH - fs-io.c */
880         struct bio_set          writepage_bioset;
881         struct bio_set          dio_write_bioset;
882         struct bio_set          dio_read_bioset;
883
884
885         atomic64_t              btree_writes_nr;
886         atomic64_t              btree_writes_sectors;
887         spinlock_t              btree_write_error_lock;
888
889         /* ERRORS */
890         struct list_head        fsck_errors;
891         struct mutex            fsck_error_lock;
892         bool                    fsck_alloc_err;
893
894         /* QUOTAS */
895         struct bch_memquota_type quotas[QTYP_NR];
896
897         /* DEBUG JUNK */
898         struct dentry           *fs_debug_dir;
899         struct dentry           *btree_debug_dir;
900         struct btree_debug      btree_debug[BTREE_ID_NR];
901         struct btree            *verify_data;
902         struct btree_node       *verify_ondisk;
903         struct mutex            verify_lock;
904
905         u64                     *unused_inode_hints;
906         unsigned                inode_shard_bits;
907
908         /*
909          * A btree node on disk could have too many bsets for an iterator to fit
910          * on the stack - have to dynamically allocate them
911          */
912         mempool_t               fill_iter;
913
914         mempool_t               btree_bounce_pool;
915
916         struct journal          journal;
917         GENRADIX(struct journal_replay *) journal_entries;
918         u64                     journal_entries_base_seq;
919         struct journal_keys     journal_keys;
920         struct list_head        journal_iters;
921
922         u64                     last_bucket_seq_cleanup;
923
924         u64                     counters_on_mount[BCH_COUNTER_NR];
925         u64 __percpu            *counters;
926
927         unsigned                btree_gc_periodic:1;
928         unsigned                copy_gc_enabled:1;
929         bool                    promote_whole_extents;
930
931         struct time_stats       times[BCH_TIME_STAT_NR];
932
933         struct btree_transaction_stats btree_transaction_stats[BCH_TRANSACTIONS_NR];
934 };
935
936 static inline void bch2_set_ra_pages(struct bch_fs *c, unsigned ra_pages)
937 {
938 #ifndef NO_BCACHEFS_FS
939         if (c->vfs_sb)
940                 c->vfs_sb->s_bdi->ra_pages = ra_pages;
941 #endif
942 }
943
944 static inline unsigned bucket_bytes(const struct bch_dev *ca)
945 {
946         return ca->mi.bucket_size << 9;
947 }
948
949 static inline unsigned block_bytes(const struct bch_fs *c)
950 {
951         return c->opts.block_size;
952 }
953
954 static inline unsigned block_sectors(const struct bch_fs *c)
955 {
956         return c->opts.block_size >> 9;
957 }
958
959 static inline size_t btree_sectors(const struct bch_fs *c)
960 {
961         return c->opts.btree_node_size >> 9;
962 }
963
964 static inline bool btree_id_cached(const struct bch_fs *c, enum btree_id btree)
965 {
966         return c->btree_key_cache_btrees & (1U << btree);
967 }
968
969 static inline struct timespec64 bch2_time_to_timespec(const struct bch_fs *c, s64 time)
970 {
971         struct timespec64 t;
972         s32 rem;
973
974         time += c->sb.time_base_lo;
975
976         t.tv_sec = div_s64_rem(time, c->sb.time_units_per_sec, &rem);
977         t.tv_nsec = rem * c->sb.nsec_per_time_unit;
978         return t;
979 }
980
981 static inline s64 timespec_to_bch2_time(const struct bch_fs *c, struct timespec64 ts)
982 {
983         return (ts.tv_sec * c->sb.time_units_per_sec +
984                 (int) ts.tv_nsec / c->sb.nsec_per_time_unit) - c->sb.time_base_lo;
985 }
986
987 static inline s64 bch2_current_time(const struct bch_fs *c)
988 {
989         struct timespec64 now;
990
991         ktime_get_coarse_real_ts64(&now);
992         return timespec_to_bch2_time(c, now);
993 }
994
995 static inline bool bch2_dev_exists2(const struct bch_fs *c, unsigned dev)
996 {
997         return dev < c->sb.nr_devices && c->devs[dev];
998 }
999
1000 #endif /* _BCACHEFS_H */