]> git.sesse.net Git - bcachefs-tools-debian/blob - libbcachefs/bcachefs.h
Update bcachefs sources to 7d0925084b bcachefs: opts.read_journal_only
[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 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 bch2_fs_init_fault(name)                                        \
216         dynamic_fault("bcachefs:bch_fs_init:" name)
217 #define bch2_meta_read_fault(name)                                      \
218          dynamic_fault("bcachefs:meta:read:" name)
219 #define bch2_meta_write_fault(name)                                     \
220          dynamic_fault("bcachefs:meta:write:" name)
221
222 #ifdef __KERNEL__
223 #define bch2_fmt(_c, fmt)               "bcachefs (%s): " fmt "\n", ((_c)->name)
224 #define bch2_fmt_inum(_c, _inum, fmt)   "bcachefs (%s inum %llu): " fmt "\n", ((_c)->name), (_inum)
225 #else
226 #define bch2_fmt(_c, fmt)               fmt "\n"
227 #define bch2_fmt_inum(_c, _inum, fmt)   "inum %llu: " fmt "\n", (_inum)
228 #endif
229
230 #define bch_info(c, fmt, ...) \
231         printk(KERN_INFO bch2_fmt(c, fmt), ##__VA_ARGS__)
232 #define bch_notice(c, fmt, ...) \
233         printk(KERN_NOTICE bch2_fmt(c, fmt), ##__VA_ARGS__)
234 #define bch_warn(c, fmt, ...) \
235         printk(KERN_WARNING bch2_fmt(c, fmt), ##__VA_ARGS__)
236 #define bch_warn_ratelimited(c, fmt, ...) \
237         printk_ratelimited(KERN_WARNING bch2_fmt(c, fmt), ##__VA_ARGS__)
238 #define bch_err(c, fmt, ...) \
239         printk(KERN_ERR bch2_fmt(c, fmt), ##__VA_ARGS__)
240
241 #define bch_err_ratelimited(c, fmt, ...) \
242         printk_ratelimited(KERN_ERR bch2_fmt(c, fmt), ##__VA_ARGS__)
243 #define bch_err_inum_ratelimited(c, _inum, fmt, ...) \
244         printk_ratelimited(KERN_ERR bch2_fmt_inum(c, _inum, fmt), ##__VA_ARGS__)
245
246 #define bch_verbose(c, fmt, ...)                                        \
247 do {                                                                    \
248         if ((c)->opts.verbose)                                          \
249                 bch_info(c, fmt, ##__VA_ARGS__);                        \
250 } while (0)
251
252 #define pr_verbose_init(opts, fmt, ...)                                 \
253 do {                                                                    \
254         if (opt_get(opts, verbose))                                     \
255                 pr_info(fmt, ##__VA_ARGS__);                            \
256 } while (0)
257
258 /* Parameters that are useful for debugging, but should always be compiled in: */
259 #define BCH_DEBUG_PARAMS_ALWAYS()                                       \
260         BCH_DEBUG_PARAM(key_merging_disabled,                           \
261                 "Disables merging of extents")                          \
262         BCH_DEBUG_PARAM(btree_gc_always_rewrite,                        \
263                 "Causes mark and sweep to compact and rewrite every "   \
264                 "btree node it traverses")                              \
265         BCH_DEBUG_PARAM(btree_gc_rewrite_disabled,                      \
266                 "Disables rewriting of btree nodes during mark and sweep")\
267         BCH_DEBUG_PARAM(btree_shrinker_disabled,                        \
268                 "Disables the shrinker callback for the btree node cache")\
269         BCH_DEBUG_PARAM(verify_btree_ondisk,                            \
270                 "Reread btree nodes at various points to verify the "   \
271                 "mergesort in the read path against modifications "     \
272                 "done in memory")                                       \
273         BCH_DEBUG_PARAM(verify_all_btree_replicas,                      \
274                 "When reading btree nodes, read all replicas and "      \
275                 "compare them")
276
277 /* Parameters that should only be compiled in in debug mode: */
278 #define BCH_DEBUG_PARAMS_DEBUG()                                        \
279         BCH_DEBUG_PARAM(expensive_debug_checks,                         \
280                 "Enables various runtime debugging checks that "        \
281                 "significantly affect performance")                     \
282         BCH_DEBUG_PARAM(debug_check_iterators,                          \
283                 "Enables extra verification for btree iterators")       \
284         BCH_DEBUG_PARAM(debug_check_btree_accounting,                   \
285                 "Verify btree accounting for keys within a node")       \
286         BCH_DEBUG_PARAM(journal_seq_verify,                             \
287                 "Store the journal sequence number in the version "     \
288                 "number of every btree key, and verify that btree "     \
289                 "update ordering is preserved during recovery")         \
290         BCH_DEBUG_PARAM(inject_invalid_keys,                            \
291                 "Store the journal sequence number in the version "     \
292                 "number of every btree key, and verify that btree "     \
293                 "update ordering is preserved during recovery")         \
294         BCH_DEBUG_PARAM(test_alloc_startup,                             \
295                 "Force allocator startup to use the slowpath where it"  \
296                 "can't find enough free buckets without invalidating"   \
297                 "cached data")                                          \
298         BCH_DEBUG_PARAM(force_reconstruct_read,                         \
299                 "Force reads to use the reconstruct path, when reading" \
300                 "from erasure coded extents")                           \
301         BCH_DEBUG_PARAM(test_restart_gc,                                \
302                 "Test restarting mark and sweep gc when bucket gens change")
303
304 #define BCH_DEBUG_PARAMS_ALL() BCH_DEBUG_PARAMS_ALWAYS() BCH_DEBUG_PARAMS_DEBUG()
305
306 #ifdef CONFIG_BCACHEFS_DEBUG
307 #define BCH_DEBUG_PARAMS() BCH_DEBUG_PARAMS_ALL()
308 #else
309 #define BCH_DEBUG_PARAMS() BCH_DEBUG_PARAMS_ALWAYS()
310 #endif
311
312 #define BCH_DEBUG_PARAM(name, description) extern bool bch2_##name;
313 BCH_DEBUG_PARAMS()
314 #undef BCH_DEBUG_PARAM
315
316 #ifndef CONFIG_BCACHEFS_DEBUG
317 #define BCH_DEBUG_PARAM(name, description) static const bool bch2_##name;
318 BCH_DEBUG_PARAMS_DEBUG()
319 #undef BCH_DEBUG_PARAM
320 #endif
321
322 #define BCH_TIME_STATS()                        \
323         x(btree_node_mem_alloc)                 \
324         x(btree_node_split)                     \
325         x(btree_node_compact)                   \
326         x(btree_node_merge)                     \
327         x(btree_node_sort)                      \
328         x(btree_node_read)                      \
329         x(btree_interior_update_foreground)     \
330         x(btree_interior_update_total)          \
331         x(btree_gc)                             \
332         x(btree_lock_contended_read)            \
333         x(btree_lock_contended_intent)          \
334         x(btree_lock_contended_write)           \
335         x(data_write)                           \
336         x(data_read)                            \
337         x(data_promote)                         \
338         x(journal_flush_write)                  \
339         x(journal_noflush_write)                \
340         x(journal_flush_seq)                    \
341         x(blocked_journal)                      \
342         x(blocked_allocate)                     \
343         x(blocked_allocate_open_bucket)
344
345 enum bch_time_stats {
346 #define x(name) BCH_TIME_##name,
347         BCH_TIME_STATS()
348 #undef x
349         BCH_TIME_STAT_NR
350 };
351
352 #include "alloc_types.h"
353 #include "btree_types.h"
354 #include "buckets_types.h"
355 #include "buckets_waiting_for_journal_types.h"
356 #include "clock_types.h"
357 #include "ec_types.h"
358 #include "journal_types.h"
359 #include "keylist_types.h"
360 #include "quota_types.h"
361 #include "rebalance_types.h"
362 #include "replicas_types.h"
363 #include "subvolume_types.h"
364 #include "super_types.h"
365
366 /* Number of nodes btree coalesce will try to coalesce at once */
367 #define GC_MERGE_NODES          4U
368
369 /* Maximum number of nodes we might need to allocate atomically: */
370 #define BTREE_RESERVE_MAX       (BTREE_MAX_DEPTH + (BTREE_MAX_DEPTH - 1))
371
372 /* Size of the freelist we allocate btree nodes from: */
373 #define BTREE_NODE_RESERVE      (BTREE_RESERVE_MAX * 4)
374
375 #define BTREE_NODE_OPEN_BUCKET_RESERVE  (BTREE_RESERVE_MAX * BCH_REPLICAS_MAX)
376
377 struct btree;
378
379 enum gc_phase {
380         GC_PHASE_NOT_RUNNING,
381         GC_PHASE_START,
382         GC_PHASE_SB,
383
384         GC_PHASE_BTREE_stripes,
385         GC_PHASE_BTREE_extents,
386         GC_PHASE_BTREE_inodes,
387         GC_PHASE_BTREE_dirents,
388         GC_PHASE_BTREE_xattrs,
389         GC_PHASE_BTREE_alloc,
390         GC_PHASE_BTREE_quotas,
391         GC_PHASE_BTREE_reflink,
392         GC_PHASE_BTREE_subvolumes,
393         GC_PHASE_BTREE_snapshots,
394
395         GC_PHASE_PENDING_DELETE,
396 };
397
398 struct gc_pos {
399         enum gc_phase           phase;
400         struct bpos             pos;
401         unsigned                level;
402 };
403
404 struct reflink_gc {
405         u64             offset;
406         u32             size;
407         u32             refcount;
408 };
409
410 typedef GENRADIX(struct reflink_gc) reflink_gc_table;
411
412 struct io_count {
413         u64                     sectors[2][BCH_DATA_NR];
414 };
415
416 struct bch_dev {
417         struct kobject          kobj;
418         struct percpu_ref       ref;
419         struct completion       ref_completion;
420         struct percpu_ref       io_ref;
421         struct completion       io_ref_completion;
422
423         struct bch_fs           *fs;
424
425         u8                      dev_idx;
426         /*
427          * Cached version of this device's member info from superblock
428          * Committed by bch2_write_super() -> bch_fs_mi_update()
429          */
430         struct bch_member_cpu   mi;
431         uuid_le                 uuid;
432         char                    name[BDEVNAME_SIZE];
433
434         struct bch_sb_handle    disk_sb;
435         struct bch_sb           *sb_read_scratch;
436         int                     sb_write_error;
437         dev_t                   dev;
438
439         struct bch_devs_mask    self;
440
441         /* biosets used in cloned bios for writing multiple replicas */
442         struct bio_set          replica_set;
443
444         /*
445          * Buckets:
446          * Per-bucket arrays are protected by c->mark_lock, bucket_lock and
447          * gc_lock, for device resize - holding any is sufficient for access:
448          * Or rcu_read_lock(), but only for ptr_stale():
449          */
450         struct bucket_array __rcu *buckets[2];
451         struct bucket_gens __rcu *bucket_gens;
452         u8                      *oldest_gen;
453         unsigned long           *buckets_nouse;
454         struct rw_semaphore     bucket_lock;
455
456         struct bch_dev_usage            *usage_base;
457         struct bch_dev_usage __percpu   *usage[JOURNAL_BUF_NR];
458         struct bch_dev_usage __percpu   *usage_gc;
459
460         /* Allocator: */
461         u64                     new_fs_bucket_idx;
462         struct task_struct __rcu *alloc_thread;
463
464         /*
465          * free: Buckets that are ready to be used
466          *
467          * free_inc: Incoming buckets - these are buckets that currently have
468          * cached data in them, and we can't reuse them until after we write
469          * their new gen to disk. After prio_write() finishes writing the new
470          * gens/prios, they'll be moved to the free list (and possibly discarded
471          * in the process)
472          */
473         alloc_fifo              free[RESERVE_NR];
474         alloc_fifo              free_inc;
475         unsigned                nr_open_buckets;
476
477         open_bucket_idx_t       open_buckets_partial[OPEN_BUCKETS_COUNT];
478         open_bucket_idx_t       open_buckets_partial_nr;
479
480         size_t                  fifo_last_bucket;
481
482         size_t                  inc_gen_needs_gc;
483         size_t                  inc_gen_really_needs_gc;
484         size_t                  buckets_waiting_on_journal;
485
486         enum allocator_states   allocator_state;
487
488         alloc_heap              alloc_heap;
489
490         atomic64_t              rebalance_work;
491
492         struct journal_device   journal;
493         u64                     prev_journal_sector;
494
495         struct work_struct      io_error_work;
496
497         /* The rest of this all shows up in sysfs */
498         atomic64_t              cur_latency[2];
499         struct time_stats       io_latency[2];
500
501 #define CONGESTED_MAX           1024
502         atomic_t                congested;
503         u64                     congested_last;
504
505         struct io_count __percpu *io_done;
506 };
507
508 enum {
509         /* startup: */
510         BCH_FS_ALLOC_CLEAN,
511         BCH_FS_ALLOCATOR_RUNNING,
512         BCH_FS_ALLOCATOR_STOPPING,
513         BCH_FS_INITIAL_GC_DONE,
514         BCH_FS_INITIAL_GC_UNFIXED,
515         BCH_FS_TOPOLOGY_REPAIR_DONE,
516         BCH_FS_FSCK_DONE,
517         BCH_FS_STARTED,
518         BCH_FS_RW,
519         BCH_FS_WAS_RW,
520
521         /* shutdown: */
522         BCH_FS_STOPPING,
523         BCH_FS_EMERGENCY_RO,
524         BCH_FS_WRITE_DISABLE_COMPLETE,
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         /* misc: */
533         BCH_FS_NEED_ANOTHER_GC,
534         BCH_FS_DELETED_NODES,
535         BCH_FS_REBUILD_REPLICAS,
536         BCH_FS_HOLD_BTREE_WRITES,
537 };
538
539 struct btree_debug {
540         unsigned                id;
541         struct dentry           *btree;
542         struct dentry           *btree_format;
543         struct dentry           *failed;
544 };
545
546 struct bch_fs_pcpu {
547         u64                     sectors_available;
548 };
549
550 struct journal_seq_blacklist_table {
551         size_t                  nr;
552         struct journal_seq_blacklist_table_entry {
553                 u64             start;
554                 u64             end;
555                 bool            dirty;
556         }                       entries[0];
557 };
558
559 struct journal_keys {
560         struct journal_key {
561                 enum btree_id   btree_id:8;
562                 unsigned        level:8;
563                 bool            allocated;
564                 bool            overwritten;
565                 struct bkey_i   *k;
566                 u32             journal_seq;
567                 u32             journal_offset;
568         }                       *d;
569         size_t                  nr;
570         size_t                  size;
571         u64                     journal_seq_base;
572 };
573
574 struct btree_path_buf {
575         struct btree_path       *path;
576 };
577
578 #define REPLICAS_DELTA_LIST_MAX (1U << 16)
579
580 struct snapshot_t {
581         u32                     parent;
582         u32                     children[2];
583         u32                     subvol; /* Nonzero only if a subvolume points to this node: */
584         u32                     equiv;
585 };
586
587 typedef struct {
588         u32             subvol;
589         u64             inum;
590 } subvol_inum;
591
592 #define BCACHEFS_ROOT_SUBVOL_INUM                                       \
593         ((subvol_inum) { BCACHEFS_ROOT_SUBVOL,  BCACHEFS_ROOT_INO })
594
595 struct bch_fs {
596         struct closure          cl;
597
598         struct list_head        list;
599         struct kobject          kobj;
600         struct kobject          internal;
601         struct kobject          opts_dir;
602         struct kobject          time_stats;
603         unsigned long           flags;
604
605         int                     minor;
606         struct device           *chardev;
607         struct super_block      *vfs_sb;
608         dev_t                   dev;
609         char                    name[40];
610
611         /* ro/rw, add/remove/resize devices: */
612         struct rw_semaphore     state_lock;
613
614         /* Counts outstanding writes, for clean transition to read-only */
615         struct percpu_ref       writes;
616         struct work_struct      read_only_work;
617
618         struct bch_dev __rcu    *devs[BCH_SB_MEMBERS_MAX];
619
620         struct bch_replicas_cpu replicas;
621         struct bch_replicas_cpu replicas_gc;
622         struct mutex            replicas_gc_lock;
623         mempool_t               replicas_delta_pool;
624
625         struct journal_entry_res btree_root_journal_res;
626         struct journal_entry_res replicas_journal_res;
627         struct journal_entry_res clock_journal_res;
628         struct journal_entry_res dev_usage_journal_res;
629
630         struct bch_disk_groups_cpu __rcu *disk_groups;
631
632         struct bch_opts         opts;
633
634         /* Updated by bch2_sb_update():*/
635         struct {
636                 uuid_le         uuid;
637                 uuid_le         user_uuid;
638
639                 u16             version;
640                 u16             version_min;
641
642                 u8              nr_devices;
643                 u8              clean;
644
645                 u8              encryption_type;
646
647                 u64             time_base_lo;
648                 u32             time_base_hi;
649                 unsigned        time_units_per_sec;
650                 unsigned        nsec_per_time_unit;
651                 u64             features;
652                 u64             compat;
653         }                       sb;
654
655
656         struct bch_sb_handle    disk_sb;
657
658         unsigned short          block_bits;     /* ilog2(block_size) */
659
660         u16                     btree_foreground_merge_threshold;
661
662         struct closure          sb_write;
663         struct mutex            sb_lock;
664
665         /* snapshot.c: */
666         GENRADIX(struct snapshot_t) snapshots;
667         struct bch_snapshot_table __rcu *snapshot_table;
668         struct mutex            snapshot_table_lock;
669         struct work_struct      snapshot_delete_work;
670         struct work_struct      snapshot_wait_for_pagecache_and_delete_work;
671         struct snapshot_id_list snapshots_unlinked;
672         struct mutex            snapshots_unlinked_lock;
673
674         /* BTREE CACHE */
675         struct bio_set          btree_bio;
676         struct workqueue_struct *io_complete_wq;
677
678         struct btree_root       btree_roots[BTREE_ID_NR];
679         struct mutex            btree_root_lock;
680
681         struct btree_cache      btree_cache;
682
683         /*
684          * Cache of allocated btree nodes - if we allocate a btree node and
685          * don't use it, if we free it that space can't be reused until going
686          * _all_ the way through the allocator (which exposes us to a livelock
687          * when allocating btree reserves fail halfway through) - instead, we
688          * can stick them here:
689          */
690         struct btree_alloc      btree_reserve_cache[BTREE_NODE_RESERVE * 2];
691         unsigned                btree_reserve_cache_nr;
692         struct mutex            btree_reserve_cache_lock;
693
694         mempool_t               btree_interior_update_pool;
695         struct list_head        btree_interior_update_list;
696         struct list_head        btree_interior_updates_unwritten;
697         struct mutex            btree_interior_update_lock;
698         struct closure_waitlist btree_interior_update_wait;
699
700         struct workqueue_struct *btree_interior_update_worker;
701         struct work_struct      btree_interior_update_work;
702
703         /* btree_iter.c: */
704         struct mutex            btree_trans_lock;
705         struct list_head        btree_trans_list;
706         mempool_t               btree_paths_pool;
707         mempool_t               btree_trans_mem_pool;
708         struct btree_path_buf  __percpu *btree_paths_bufs;
709
710         struct srcu_struct      btree_trans_barrier;
711         bool                    btree_trans_barrier_initialized;
712
713         struct btree_key_cache  btree_key_cache;
714         unsigned                btree_key_cache_btrees;
715
716         struct workqueue_struct *btree_update_wq;
717         struct workqueue_struct *btree_io_complete_wq;
718         /* copygc needs its own workqueue for index updates.. */
719         struct workqueue_struct *copygc_wq;
720
721         /* ALLOCATION */
722         struct bch_devs_mask    rw_devs[BCH_DATA_NR];
723
724         u64                     capacity; /* sectors */
725
726         /*
727          * When capacity _decreases_ (due to a disk being removed), we
728          * increment capacity_gen - this invalidates outstanding reservations
729          * and forces them to be revalidated
730          */
731         u32                     capacity_gen;
732         unsigned                bucket_size_max;
733
734         atomic64_t              sectors_available;
735         struct mutex            sectors_available_lock;
736
737         struct bch_fs_pcpu __percpu     *pcpu;
738
739         struct percpu_rw_semaphore      mark_lock;
740
741         seqcount_t                      usage_lock;
742         struct bch_fs_usage             *usage_base;
743         struct bch_fs_usage __percpu    *usage[JOURNAL_BUF_NR];
744         struct bch_fs_usage __percpu    *usage_gc;
745         u64 __percpu            *online_reserved;
746
747         /* single element mempool: */
748         struct mutex            usage_scratch_lock;
749         struct bch_fs_usage_online *usage_scratch;
750
751         struct io_clock         io_clock[2];
752
753         /* JOURNAL SEQ BLACKLIST */
754         struct journal_seq_blacklist_table *
755                                 journal_seq_blacklist_table;
756         struct work_struct      journal_seq_blacklist_gc_work;
757
758         /* ALLOCATOR */
759         spinlock_t              freelist_lock;
760         struct closure_waitlist freelist_wait;
761         u64                     blocked_allocate;
762         u64                     blocked_allocate_open_bucket;
763
764         open_bucket_idx_t       open_buckets_freelist;
765         open_bucket_idx_t       open_buckets_nr_free;
766         struct closure_waitlist open_buckets_wait;
767         struct open_bucket      open_buckets[OPEN_BUCKETS_COUNT];
768         open_bucket_idx_t       open_buckets_hash[OPEN_BUCKETS_COUNT];
769
770         struct write_point      btree_write_point;
771         struct write_point      rebalance_write_point;
772
773         struct write_point      write_points[WRITE_POINT_MAX];
774         struct hlist_head       write_points_hash[WRITE_POINT_HASH_NR];
775         struct mutex            write_points_hash_lock;
776         unsigned                write_points_nr;
777
778         struct buckets_waiting_for_journal buckets_waiting_for_journal;
779
780         /* GARBAGE COLLECTION */
781         struct task_struct      *gc_thread;
782         atomic_t                kick_gc;
783         unsigned long           gc_count;
784
785         enum btree_id           gc_gens_btree;
786         struct bpos             gc_gens_pos;
787
788         /*
789          * Tracks GC's progress - everything in the range [ZERO_KEY..gc_cur_pos]
790          * has been marked by GC.
791          *
792          * gc_cur_phase is a superset of btree_ids (BTREE_ID_extents etc.)
793          *
794          * Protected by gc_pos_lock. Only written to by GC thread, so GC thread
795          * can read without a lock.
796          */
797         seqcount_t              gc_pos_lock;
798         struct gc_pos           gc_pos;
799
800         /*
801          * The allocation code needs gc_mark in struct bucket to be correct, but
802          * it's not while a gc is in progress.
803          */
804         struct rw_semaphore     gc_lock;
805         struct mutex            gc_gens_lock;
806
807         /* IO PATH */
808         struct semaphore        io_in_flight;
809         struct bio_set          bio_read;
810         struct bio_set          bio_read_split;
811         struct bio_set          bio_write;
812         struct mutex            bio_bounce_pages_lock;
813         mempool_t               bio_bounce_pages;
814         struct rhashtable       promote_table;
815
816         mempool_t               compression_bounce[2];
817         mempool_t               compress_workspace[BCH_COMPRESSION_TYPE_NR];
818         mempool_t               decompress_workspace;
819         ZSTD_parameters         zstd_params;
820
821         struct crypto_shash     *sha256;
822         struct crypto_sync_skcipher *chacha20;
823         struct crypto_shash     *poly1305;
824
825         atomic64_t              key_version;
826
827         mempool_t               large_bkey_pool;
828
829         /* REBALANCE */
830         struct bch_fs_rebalance rebalance;
831
832         /* COPYGC */
833         struct task_struct      *copygc_thread;
834         copygc_heap             copygc_heap;
835         struct write_point      copygc_write_point;
836         s64                     copygc_wait;
837
838         /* DATA PROGRESS STATS */
839         struct list_head        data_progress_list;
840         struct mutex            data_progress_lock;
841
842         /* STRIPES: */
843         GENRADIX(struct stripe) stripes;
844         GENRADIX(struct gc_stripe) gc_stripes;
845
846         ec_stripes_heap         ec_stripes_heap;
847         spinlock_t              ec_stripes_heap_lock;
848
849         /* ERASURE CODING */
850         struct list_head        ec_stripe_head_list;
851         struct mutex            ec_stripe_head_lock;
852
853         struct list_head        ec_stripe_new_list;
854         struct mutex            ec_stripe_new_lock;
855
856         struct work_struct      ec_stripe_create_work;
857         u64                     ec_stripe_hint;
858
859         struct bio_set          ec_bioset;
860
861         struct work_struct      ec_stripe_delete_work;
862         struct llist_head       ec_stripe_delete_list;
863
864         /* REFLINK */
865         u64                     reflink_hint;
866         reflink_gc_table        reflink_gc_table;
867         size_t                  reflink_gc_nr;
868
869         /* VFS IO PATH - fs-io.c */
870         struct bio_set          writepage_bioset;
871         struct bio_set          dio_write_bioset;
872         struct bio_set          dio_read_bioset;
873
874
875         atomic64_t              btree_writes_nr;
876         atomic64_t              btree_writes_sectors;
877         spinlock_t              btree_write_error_lock;
878
879         /* ERRORS */
880         struct list_head        fsck_errors;
881         struct mutex            fsck_error_lock;
882         bool                    fsck_alloc_err;
883
884         /* QUOTAS */
885         struct bch_memquota_type quotas[QTYP_NR];
886
887         /* DEBUG JUNK */
888         struct dentry           *debug;
889         struct btree_debug      btree_debug[BTREE_ID_NR];
890         struct btree            *verify_data;
891         struct btree_node       *verify_ondisk;
892         struct mutex            verify_lock;
893
894         u64                     *unused_inode_hints;
895         unsigned                inode_shard_bits;
896
897         /*
898          * A btree node on disk could have too many bsets for an iterator to fit
899          * on the stack - have to dynamically allocate them
900          */
901         mempool_t               fill_iter;
902
903         mempool_t               btree_bounce_pool;
904
905         struct journal          journal;
906         struct list_head        journal_entries;
907         struct journal_keys     journal_keys;
908         struct list_head        journal_iters;
909
910         u64                     last_bucket_seq_cleanup;
911
912         /* The rest of this all shows up in sysfs */
913         atomic_long_t           read_realloc_races;
914         atomic_long_t           extent_migrate_done;
915         atomic_long_t           extent_migrate_raced;
916
917         unsigned                btree_gc_periodic:1;
918         unsigned                copy_gc_enabled:1;
919         bool                    promote_whole_extents;
920
921         struct time_stats       times[BCH_TIME_STAT_NR];
922 };
923
924 static inline void bch2_set_ra_pages(struct bch_fs *c, unsigned ra_pages)
925 {
926 #ifndef NO_BCACHEFS_FS
927         if (c->vfs_sb)
928                 c->vfs_sb->s_bdi->ra_pages = ra_pages;
929 #endif
930 }
931
932 static inline unsigned bucket_bytes(const struct bch_dev *ca)
933 {
934         return ca->mi.bucket_size << 9;
935 }
936
937 static inline unsigned block_bytes(const struct bch_fs *c)
938 {
939         return c->opts.block_size;
940 }
941
942 static inline unsigned block_sectors(const struct bch_fs *c)
943 {
944         return c->opts.block_size >> 9;
945 }
946
947 static inline size_t btree_sectors(const struct bch_fs *c)
948 {
949         return c->opts.btree_node_size >> 9;
950 }
951
952 static inline bool btree_id_cached(const struct bch_fs *c, enum btree_id btree)
953 {
954         return c->btree_key_cache_btrees & (1U << btree);
955 }
956
957 static inline struct timespec64 bch2_time_to_timespec(const struct bch_fs *c, s64 time)
958 {
959         struct timespec64 t;
960         s32 rem;
961
962         time += c->sb.time_base_lo;
963
964         t.tv_sec = div_s64_rem(time, c->sb.time_units_per_sec, &rem);
965         t.tv_nsec = rem * c->sb.nsec_per_time_unit;
966         return t;
967 }
968
969 static inline s64 timespec_to_bch2_time(const struct bch_fs *c, struct timespec64 ts)
970 {
971         return (ts.tv_sec * c->sb.time_units_per_sec +
972                 (int) ts.tv_nsec / c->sb.nsec_per_time_unit) - c->sb.time_base_lo;
973 }
974
975 static inline s64 bch2_current_time(const struct bch_fs *c)
976 {
977         struct timespec64 now;
978
979         ktime_get_coarse_real_ts64(&now);
980         return timespec_to_bch2_time(c, now);
981 }
982
983 static inline bool bch2_dev_exists2(const struct bch_fs *c, unsigned dev)
984 {
985         return dev < c->sb.nr_devices && c->devs[dev];
986 }
987
988 #endif /* _BCACHEFS_H */