]> git.sesse.net Git - bcachefs-tools-debian/blob - libbcachefs/bcachefs.h
Merge https://github.com/YellowOnion/bcachefs-tools
[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 #define pr_fmt(fmt) "bcachefs: %s() " fmt "\n", __func__
181
182 #include <linux/backing-dev-defs.h>
183 #include <linux/bug.h>
184 #include <linux/bio.h>
185 #include <linux/closure.h>
186 #include <linux/kobject.h>
187 #include <linux/list.h>
188 #include <linux/math64.h>
189 #include <linux/mutex.h>
190 #include <linux/percpu-refcount.h>
191 #include <linux/percpu-rwsem.h>
192 #include <linux/rhashtable.h>
193 #include <linux/rwsem.h>
194 #include <linux/semaphore.h>
195 #include <linux/seqlock.h>
196 #include <linux/shrinker.h>
197 #include <linux/srcu.h>
198 #include <linux/types.h>
199 #include <linux/workqueue.h>
200 #include <linux/zstd.h>
201
202 #include "bcachefs_format.h"
203 #include "fifo.h"
204 #include "opts.h"
205 #include "util.h"
206
207 #define dynamic_fault(...)              0
208 #define race_fault(...)                 0
209
210 #define bch2_fs_init_fault(name)                                        \
211         dynamic_fault("bcachefs:bch_fs_init:" name)
212 #define bch2_meta_read_fault(name)                                      \
213          dynamic_fault("bcachefs:meta:read:" name)
214 #define bch2_meta_write_fault(name)                                     \
215          dynamic_fault("bcachefs:meta:write:" name)
216
217 #ifdef __KERNEL__
218 #define bch2_fmt(_c, fmt)               "bcachefs (%s): " fmt "\n", ((_c)->name)
219 #define bch2_fmt_inum(_c, _inum, fmt)   "bcachefs (%s inum %llu): " fmt "\n", ((_c)->name), (_inum)
220 #else
221 #define bch2_fmt(_c, fmt)               "%s: " fmt "\n", ((_c)->name)
222 #define bch2_fmt_inum(_c, _inum, fmt)   "%s inum %llu: " fmt "\n", ((_c)->name), (_inum)
223 #endif
224
225 #define bch_info(c, fmt, ...) \
226         printk(KERN_INFO bch2_fmt(c, fmt), ##__VA_ARGS__)
227 #define bch_notice(c, fmt, ...) \
228         printk(KERN_NOTICE bch2_fmt(c, fmt), ##__VA_ARGS__)
229 #define bch_warn(c, fmt, ...) \
230         printk(KERN_WARNING bch2_fmt(c, fmt), ##__VA_ARGS__)
231 #define bch_warn_ratelimited(c, fmt, ...) \
232         printk_ratelimited(KERN_WARNING bch2_fmt(c, fmt), ##__VA_ARGS__)
233 #define bch_err(c, fmt, ...) \
234         printk(KERN_ERR bch2_fmt(c, fmt), ##__VA_ARGS__)
235
236 #define bch_err_ratelimited(c, fmt, ...) \
237         printk_ratelimited(KERN_ERR bch2_fmt(c, fmt), ##__VA_ARGS__)
238 #define bch_err_inum_ratelimited(c, _inum, fmt, ...) \
239         printk_ratelimited(KERN_ERR bch2_fmt_inum(c, _inum, fmt), ##__VA_ARGS__)
240
241 #define bch_verbose(c, fmt, ...)                                        \
242 do {                                                                    \
243         if ((c)->opts.verbose)                                          \
244                 bch_info(c, fmt, ##__VA_ARGS__);                        \
245 } while (0)
246
247 #define pr_verbose_init(opts, fmt, ...)                                 \
248 do {                                                                    \
249         if (opt_get(opts, verbose))                                     \
250                 pr_info(fmt, ##__VA_ARGS__);                            \
251 } while (0)
252
253 /* Parameters that are useful for debugging, but should always be compiled in: */
254 #define BCH_DEBUG_PARAMS_ALWAYS()                                       \
255         BCH_DEBUG_PARAM(key_merging_disabled,                           \
256                 "Disables merging of extents")                          \
257         BCH_DEBUG_PARAM(btree_gc_always_rewrite,                        \
258                 "Causes mark and sweep to compact and rewrite every "   \
259                 "btree node it traverses")                              \
260         BCH_DEBUG_PARAM(btree_gc_rewrite_disabled,                      \
261                 "Disables rewriting of btree nodes during mark and sweep")\
262         BCH_DEBUG_PARAM(btree_shrinker_disabled,                        \
263                 "Disables the shrinker callback for the btree node cache")\
264         BCH_DEBUG_PARAM(verify_btree_ondisk,                            \
265                 "Reread btree nodes at various points to verify the "   \
266                 "mergesort in the read path against modifications "     \
267                 "done in memory")                                       \
268         BCH_DEBUG_PARAM(verify_all_btree_replicas,                      \
269                 "When reading btree nodes, read all replicas and "      \
270                 "compare them")
271
272 /* Parameters that should only be compiled in in debug mode: */
273 #define BCH_DEBUG_PARAMS_DEBUG()                                        \
274         BCH_DEBUG_PARAM(expensive_debug_checks,                         \
275                 "Enables various runtime debugging checks that "        \
276                 "significantly affect performance")                     \
277         BCH_DEBUG_PARAM(debug_check_iterators,                          \
278                 "Enables extra verification for btree iterators")       \
279         BCH_DEBUG_PARAM(debug_check_bkeys,                              \
280                 "Run bkey_debugcheck (primarily checking GC/allocation "\
281                 "information) when iterating over keys")                \
282         BCH_DEBUG_PARAM(debug_check_btree_accounting,                   \
283                 "Verify btree accounting for keys within a node")       \
284         BCH_DEBUG_PARAM(journal_seq_verify,                             \
285                 "Store the journal sequence number in the version "     \
286                 "number of every btree key, and verify that btree "     \
287                 "update ordering is preserved during recovery")         \
288         BCH_DEBUG_PARAM(inject_invalid_keys,                            \
289                 "Store the journal sequence number in the version "     \
290                 "number of every btree key, and verify that btree "     \
291                 "update ordering is preserved during recovery")         \
292         BCH_DEBUG_PARAM(test_alloc_startup,                             \
293                 "Force allocator startup to use the slowpath where it"  \
294                 "can't find enough free buckets without invalidating"   \
295                 "cached data")                                          \
296         BCH_DEBUG_PARAM(force_reconstruct_read,                         \
297                 "Force reads to use the reconstruct path, when reading" \
298                 "from erasure coded extents")                           \
299         BCH_DEBUG_PARAM(test_restart_gc,                                \
300                 "Test restarting mark and sweep gc when bucket gens change")
301
302 #define BCH_DEBUG_PARAMS_ALL() BCH_DEBUG_PARAMS_ALWAYS() BCH_DEBUG_PARAMS_DEBUG()
303
304 #ifdef CONFIG_BCACHEFS_DEBUG
305 #define BCH_DEBUG_PARAMS() BCH_DEBUG_PARAMS_ALL()
306 #else
307 #define BCH_DEBUG_PARAMS() BCH_DEBUG_PARAMS_ALWAYS()
308 #endif
309
310 #define BCH_DEBUG_PARAM(name, description) extern bool bch2_##name;
311 BCH_DEBUG_PARAMS()
312 #undef BCH_DEBUG_PARAM
313
314 #ifndef CONFIG_BCACHEFS_DEBUG
315 #define BCH_DEBUG_PARAM(name, description) static const bool bch2_##name;
316 BCH_DEBUG_PARAMS_DEBUG()
317 #undef BCH_DEBUG_PARAM
318 #endif
319
320 #define BCH_TIME_STATS()                        \
321         x(btree_node_mem_alloc)                 \
322         x(btree_node_split)                     \
323         x(btree_node_sort)                      \
324         x(btree_node_read)                      \
325         x(btree_gc)                             \
326         x(btree_lock_contended_read)            \
327         x(btree_lock_contended_intent)          \
328         x(btree_lock_contended_write)           \
329         x(data_write)                           \
330         x(data_read)                            \
331         x(data_promote)                         \
332         x(journal_write)                        \
333         x(journal_delay)                        \
334         x(journal_flush_seq)                    \
335         x(blocked_journal)                      \
336         x(blocked_allocate)                     \
337         x(blocked_allocate_open_bucket)
338
339 enum bch_time_stats {
340 #define x(name) BCH_TIME_##name,
341         BCH_TIME_STATS()
342 #undef x
343         BCH_TIME_STAT_NR
344 };
345
346 #include "alloc_types.h"
347 #include "btree_types.h"
348 #include "buckets_types.h"
349 #include "clock_types.h"
350 #include "ec_types.h"
351 #include "journal_types.h"
352 #include "keylist_types.h"
353 #include "quota_types.h"
354 #include "rebalance_types.h"
355 #include "replicas_types.h"
356 #include "subvolume_types.h"
357 #include "super_types.h"
358
359 /* Number of nodes btree coalesce will try to coalesce at once */
360 #define GC_MERGE_NODES          4U
361
362 /* Maximum number of nodes we might need to allocate atomically: */
363 #define BTREE_RESERVE_MAX       (BTREE_MAX_DEPTH + (BTREE_MAX_DEPTH - 1))
364
365 /* Size of the freelist we allocate btree nodes from: */
366 #define BTREE_NODE_RESERVE      (BTREE_RESERVE_MAX * 4)
367
368 #define BTREE_NODE_OPEN_BUCKET_RESERVE  (BTREE_RESERVE_MAX * BCH_REPLICAS_MAX)
369
370 struct btree;
371
372 enum gc_phase {
373         GC_PHASE_NOT_RUNNING,
374         GC_PHASE_START,
375         GC_PHASE_SB,
376
377         GC_PHASE_BTREE_stripes,
378         GC_PHASE_BTREE_extents,
379         GC_PHASE_BTREE_inodes,
380         GC_PHASE_BTREE_dirents,
381         GC_PHASE_BTREE_xattrs,
382         GC_PHASE_BTREE_alloc,
383         GC_PHASE_BTREE_quotas,
384         GC_PHASE_BTREE_reflink,
385         GC_PHASE_BTREE_subvolumes,
386         GC_PHASE_BTREE_snapshots,
387
388         GC_PHASE_PENDING_DELETE,
389 };
390
391 struct gc_pos {
392         enum gc_phase           phase;
393         struct bpos             pos;
394         unsigned                level;
395 };
396
397 struct reflink_gc {
398         u64             offset;
399         u32             size;
400         u32             refcount;
401 };
402
403 typedef GENRADIX(struct reflink_gc) reflink_gc_table;
404
405 struct io_count {
406         u64                     sectors[2][BCH_DATA_NR];
407 };
408
409 struct bch_dev {
410         struct kobject          kobj;
411         struct percpu_ref       ref;
412         struct completion       ref_completion;
413         struct percpu_ref       io_ref;
414         struct completion       io_ref_completion;
415
416         struct bch_fs           *fs;
417
418         u8                      dev_idx;
419         /*
420          * Cached version of this device's member info from superblock
421          * Committed by bch2_write_super() -> bch_fs_mi_update()
422          */
423         struct bch_member_cpu   mi;
424         uuid_le                 uuid;
425         char                    name[BDEVNAME_SIZE];
426
427         struct bch_sb_handle    disk_sb;
428         struct bch_sb           *sb_read_scratch;
429         int                     sb_write_error;
430
431         struct bch_devs_mask    self;
432
433         /* biosets used in cloned bios for writing multiple replicas */
434         struct bio_set          replica_set;
435
436         /*
437          * Buckets:
438          * Per-bucket arrays are protected by c->mark_lock, bucket_lock and
439          * gc_lock, for device resize - holding any is sufficient for access:
440          * Or rcu_read_lock(), but only for ptr_stale():
441          */
442         struct bucket_array __rcu *buckets[2];
443         unsigned long           *buckets_nouse;
444         struct rw_semaphore     bucket_lock;
445
446         struct bch_dev_usage            *usage_base;
447         struct bch_dev_usage __percpu   *usage[JOURNAL_BUF_NR];
448         struct bch_dev_usage __percpu   *usage_gc;
449
450         /* Allocator: */
451         struct task_struct __rcu *alloc_thread;
452
453         /*
454          * free: Buckets that are ready to be used
455          *
456          * free_inc: Incoming buckets - these are buckets that currently have
457          * cached data in them, and we can't reuse them until after we write
458          * their new gen to disk. After prio_write() finishes writing the new
459          * gens/prios, they'll be moved to the free list (and possibly discarded
460          * in the process)
461          */
462         alloc_fifo              free[RESERVE_NR];
463         alloc_fifo              free_inc;
464         unsigned                nr_open_buckets;
465
466         open_bucket_idx_t       open_buckets_partial[OPEN_BUCKETS_COUNT];
467         open_bucket_idx_t       open_buckets_partial_nr;
468
469         size_t                  fifo_last_bucket;
470
471         size_t                  inc_gen_needs_gc;
472         size_t                  inc_gen_really_needs_gc;
473
474         enum allocator_states   allocator_state;
475
476         alloc_heap              alloc_heap;
477
478         atomic64_t              rebalance_work;
479
480         struct journal_device   journal;
481         u64                     prev_journal_sector;
482
483         struct work_struct      io_error_work;
484
485         /* The rest of this all shows up in sysfs */
486         atomic64_t              cur_latency[2];
487         struct time_stats       io_latency[2];
488
489 #define CONGESTED_MAX           1024
490         atomic_t                congested;
491         u64                     congested_last;
492
493         struct io_count __percpu *io_done;
494 };
495
496 enum {
497         /* startup: */
498         BCH_FS_INITIALIZED,
499         BCH_FS_ALLOC_READ_DONE,
500         BCH_FS_ALLOC_CLEAN,
501         BCH_FS_ALLOCATOR_RUNNING,
502         BCH_FS_ALLOCATOR_STOPPING,
503         BCH_FS_INITIAL_GC_DONE,
504         BCH_FS_INITIAL_GC_UNFIXED,
505         BCH_FS_TOPOLOGY_REPAIR_DONE,
506         BCH_FS_BTREE_INTERIOR_REPLAY_DONE,
507         BCH_FS_FSCK_DONE,
508         BCH_FS_STARTED,
509         BCH_FS_RW,
510         BCH_FS_WAS_RW,
511
512         /* shutdown: */
513         BCH_FS_STOPPING,
514         BCH_FS_EMERGENCY_RO,
515         BCH_FS_WRITE_DISABLE_COMPLETE,
516
517         /* errors: */
518         BCH_FS_ERROR,
519         BCH_FS_TOPOLOGY_ERROR,
520         BCH_FS_ERRORS_FIXED,
521         BCH_FS_ERRORS_NOT_FIXED,
522
523         /* misc: */
524         BCH_FS_NEED_ANOTHER_GC,
525         BCH_FS_DELETED_NODES,
526         BCH_FS_NEED_ALLOC_WRITE,
527         BCH_FS_REBUILD_REPLICAS,
528         BCH_FS_HOLD_BTREE_WRITES,
529 };
530
531 struct btree_debug {
532         unsigned                id;
533         struct dentry           *btree;
534         struct dentry           *btree_format;
535         struct dentry           *failed;
536 };
537
538 struct bch_fs_pcpu {
539         u64                     sectors_available;
540 };
541
542 struct journal_seq_blacklist_table {
543         size_t                  nr;
544         struct journal_seq_blacklist_table_entry {
545                 u64             start;
546                 u64             end;
547                 bool            dirty;
548         }                       entries[0];
549 };
550
551 struct journal_keys {
552         struct journal_key {
553                 enum btree_id   btree_id:8;
554                 unsigned        level:8;
555                 bool            allocated;
556                 struct bkey_i   *k;
557                 u32             journal_seq;
558                 u32             journal_offset;
559         }                       *d;
560         size_t                  nr;
561         size_t                  size;
562         u64                     journal_seq_base;
563 };
564
565 struct btree_path_buf {
566         struct btree_path       *path;
567 };
568
569 #define REPLICAS_DELTA_LIST_MAX (1U << 16)
570
571 struct snapshot_t {
572         u32                     parent;
573         u32                     children[2];
574         u32                     subvol; /* Nonzero only if a subvolume points to this node: */
575         u32                     equiv;
576 };
577
578 typedef struct {
579         u32             subvol;
580         u64             inum;
581 } subvol_inum;
582
583 #define BCACHEFS_ROOT_SUBVOL_INUM                                       \
584         ((subvol_inum) { BCACHEFS_ROOT_SUBVOL,  BCACHEFS_ROOT_INO })
585
586 struct bch_fs {
587         struct closure          cl;
588
589         struct list_head        list;
590         struct kobject          kobj;
591         struct kobject          internal;
592         struct kobject          opts_dir;
593         struct kobject          time_stats;
594         unsigned long           flags;
595
596         int                     minor;
597         struct device           *chardev;
598         struct super_block      *vfs_sb;
599         dev_t                   dev;
600         char                    name[40];
601
602         /* ro/rw, add/remove/resize devices: */
603         struct rw_semaphore     state_lock;
604
605         /* Counts outstanding writes, for clean transition to read-only */
606         struct percpu_ref       writes;
607         struct work_struct      read_only_work;
608
609         struct bch_dev __rcu    *devs[BCH_SB_MEMBERS_MAX];
610
611         struct bch_replicas_cpu replicas;
612         struct bch_replicas_cpu replicas_gc;
613         struct mutex            replicas_gc_lock;
614         mempool_t               replicas_delta_pool;
615
616         struct journal_entry_res btree_root_journal_res;
617         struct journal_entry_res replicas_journal_res;
618         struct journal_entry_res clock_journal_res;
619         struct journal_entry_res dev_usage_journal_res;
620
621         struct bch_disk_groups_cpu __rcu *disk_groups;
622
623         struct bch_opts         opts;
624
625         /* Updated by bch2_sb_update():*/
626         struct {
627                 uuid_le         uuid;
628                 uuid_le         user_uuid;
629
630                 u16             version;
631                 u16             version_min;
632                 u16             encoded_extent_max;
633
634                 u8              nr_devices;
635                 u8              clean;
636
637                 u8              encryption_type;
638
639                 u64             time_base_lo;
640                 u32             time_base_hi;
641                 unsigned        time_units_per_sec;
642                 unsigned        nsec_per_time_unit;
643                 u64             features;
644                 u64             compat;
645         }                       sb;
646
647
648         struct bch_sb_handle    disk_sb;
649
650         unsigned short          block_bits;     /* ilog2(block_size) */
651
652         u16                     btree_foreground_merge_threshold;
653
654         struct closure          sb_write;
655         struct mutex            sb_lock;
656
657         /* snapshot.c: */
658         GENRADIX(struct snapshot_t) snapshots;
659         struct bch_snapshot_table __rcu *snapshot_table;
660         struct mutex            snapshot_table_lock;
661         struct work_struct      snapshot_delete_work;
662         struct work_struct      snapshot_wait_for_pagecache_and_delete_work;
663         struct snapshot_id_list snapshots_unlinked;
664         struct mutex            snapshots_unlinked_lock;
665
666         /* BTREE CACHE */
667         struct bio_set          btree_bio;
668         struct workqueue_struct *io_complete_wq;
669
670         struct btree_root       btree_roots[BTREE_ID_NR];
671         struct mutex            btree_root_lock;
672
673         struct btree_cache      btree_cache;
674
675         /*
676          * Cache of allocated btree nodes - if we allocate a btree node and
677          * don't use it, if we free it that space can't be reused until going
678          * _all_ the way through the allocator (which exposes us to a livelock
679          * when allocating btree reserves fail halfway through) - instead, we
680          * can stick them here:
681          */
682         struct btree_alloc      btree_reserve_cache[BTREE_NODE_RESERVE * 2];
683         unsigned                btree_reserve_cache_nr;
684         struct mutex            btree_reserve_cache_lock;
685
686         mempool_t               btree_interior_update_pool;
687         struct list_head        btree_interior_update_list;
688         struct list_head        btree_interior_updates_unwritten;
689         struct mutex            btree_interior_update_lock;
690         struct closure_waitlist btree_interior_update_wait;
691
692         struct workqueue_struct *btree_interior_update_worker;
693         struct work_struct      btree_interior_update_work;
694
695         /* btree_iter.c: */
696         struct mutex            btree_trans_lock;
697         struct list_head        btree_trans_list;
698         mempool_t               btree_paths_pool;
699         mempool_t               btree_trans_mem_pool;
700         struct btree_path_buf  __percpu *btree_paths_bufs;
701
702         struct srcu_struct      btree_trans_barrier;
703
704         struct btree_key_cache  btree_key_cache;
705
706         struct workqueue_struct *btree_update_wq;
707         struct workqueue_struct *btree_io_complete_wq;
708         /* copygc needs its own workqueue for index updates.. */
709         struct workqueue_struct *copygc_wq;
710
711         /* ALLOCATION */
712         struct bch_devs_mask    rw_devs[BCH_DATA_NR];
713
714         u64                     capacity; /* sectors */
715
716         /*
717          * When capacity _decreases_ (due to a disk being removed), we
718          * increment capacity_gen - this invalidates outstanding reservations
719          * and forces them to be revalidated
720          */
721         u32                     capacity_gen;
722         unsigned                bucket_size_max;
723
724         atomic64_t              sectors_available;
725         struct mutex            sectors_available_lock;
726
727         struct bch_fs_pcpu __percpu     *pcpu;
728
729         struct percpu_rw_semaphore      mark_lock;
730
731         seqcount_t                      usage_lock;
732         struct bch_fs_usage             *usage_base;
733         struct bch_fs_usage __percpu    *usage[JOURNAL_BUF_NR];
734         struct bch_fs_usage __percpu    *usage_gc;
735         u64 __percpu            *online_reserved;
736
737         /* single element mempool: */
738         struct mutex            usage_scratch_lock;
739         struct bch_fs_usage_online *usage_scratch;
740
741         struct io_clock         io_clock[2];
742
743         /* JOURNAL SEQ BLACKLIST */
744         struct journal_seq_blacklist_table *
745                                 journal_seq_blacklist_table;
746         struct work_struct      journal_seq_blacklist_gc_work;
747
748         /* ALLOCATOR */
749         spinlock_t              freelist_lock;
750         struct closure_waitlist freelist_wait;
751         u64                     blocked_allocate;
752         u64                     blocked_allocate_open_bucket;
753         open_bucket_idx_t       open_buckets_freelist;
754         open_bucket_idx_t       open_buckets_nr_free;
755         struct closure_waitlist open_buckets_wait;
756         struct open_bucket      open_buckets[OPEN_BUCKETS_COUNT];
757
758         struct write_point      btree_write_point;
759         struct write_point      rebalance_write_point;
760
761         struct write_point      write_points[WRITE_POINT_MAX];
762         struct hlist_head       write_points_hash[WRITE_POINT_HASH_NR];
763         struct mutex            write_points_hash_lock;
764         unsigned                write_points_nr;
765
766         /* GARBAGE COLLECTION */
767         struct task_struct      *gc_thread;
768         atomic_t                kick_gc;
769         unsigned long           gc_count;
770
771         enum btree_id           gc_gens_btree;
772         struct bpos             gc_gens_pos;
773
774         /*
775          * Tracks GC's progress - everything in the range [ZERO_KEY..gc_cur_pos]
776          * has been marked by GC.
777          *
778          * gc_cur_phase is a superset of btree_ids (BTREE_ID_extents etc.)
779          *
780          * Protected by gc_pos_lock. Only written to by GC thread, so GC thread
781          * can read without a lock.
782          */
783         seqcount_t              gc_pos_lock;
784         struct gc_pos           gc_pos;
785
786         /*
787          * The allocation code needs gc_mark in struct bucket to be correct, but
788          * it's not while a gc is in progress.
789          */
790         struct rw_semaphore     gc_lock;
791
792         /* IO PATH */
793         struct semaphore        io_in_flight;
794         struct bio_set          bio_read;
795         struct bio_set          bio_read_split;
796         struct bio_set          bio_write;
797         struct mutex            bio_bounce_pages_lock;
798         mempool_t               bio_bounce_pages;
799         struct rhashtable       promote_table;
800
801         mempool_t               compression_bounce[2];
802         mempool_t               compress_workspace[BCH_COMPRESSION_TYPE_NR];
803         mempool_t               decompress_workspace;
804         ZSTD_parameters         zstd_params;
805
806         struct crypto_shash     *sha256;
807         struct crypto_sync_skcipher *chacha20;
808         struct crypto_shash     *poly1305;
809
810         atomic64_t              key_version;
811
812         mempool_t               large_bkey_pool;
813
814         /* REBALANCE */
815         struct bch_fs_rebalance rebalance;
816
817         /* COPYGC */
818         struct task_struct      *copygc_thread;
819         copygc_heap             copygc_heap;
820         struct write_point      copygc_write_point;
821         s64                     copygc_wait;
822
823         /* DATA PROGRESS STATS */
824         struct list_head        data_progress_list;
825         struct mutex            data_progress_lock;
826
827         /* STRIPES: */
828         GENRADIX(struct stripe) stripes[2];
829
830         ec_stripes_heap         ec_stripes_heap;
831         spinlock_t              ec_stripes_heap_lock;
832
833         /* ERASURE CODING */
834         struct list_head        ec_stripe_head_list;
835         struct mutex            ec_stripe_head_lock;
836
837         struct list_head        ec_stripe_new_list;
838         struct mutex            ec_stripe_new_lock;
839
840         struct work_struct      ec_stripe_create_work;
841         u64                     ec_stripe_hint;
842
843         struct bio_set          ec_bioset;
844
845         struct work_struct      ec_stripe_delete_work;
846         struct llist_head       ec_stripe_delete_list;
847
848         /* REFLINK */
849         u64                     reflink_hint;
850         reflink_gc_table        reflink_gc_table;
851         size_t                  reflink_gc_nr;
852         size_t                  reflink_gc_idx;
853
854         /* VFS IO PATH - fs-io.c */
855         struct bio_set          writepage_bioset;
856         struct bio_set          dio_write_bioset;
857         struct bio_set          dio_read_bioset;
858
859
860         atomic64_t              btree_writes_nr;
861         atomic64_t              btree_writes_sectors;
862         spinlock_t              btree_write_error_lock;
863
864         /* ERRORS */
865         struct list_head        fsck_errors;
866         struct mutex            fsck_error_lock;
867         bool                    fsck_alloc_err;
868
869         /* QUOTAS */
870         struct bch_memquota_type quotas[QTYP_NR];
871
872         /* DEBUG JUNK */
873         struct dentry           *debug;
874         struct btree_debug      btree_debug[BTREE_ID_NR];
875         struct btree            *verify_data;
876         struct btree_node       *verify_ondisk;
877         struct mutex            verify_lock;
878
879         u64                     *unused_inode_hints;
880         unsigned                inode_shard_bits;
881
882         /*
883          * A btree node on disk could have too many bsets for an iterator to fit
884          * on the stack - have to dynamically allocate them
885          */
886         mempool_t               fill_iter;
887
888         mempool_t               btree_bounce_pool;
889
890         struct journal          journal;
891         struct list_head        journal_entries;
892         struct journal_keys     journal_keys;
893         struct list_head        journal_iters;
894
895         u64                     last_bucket_seq_cleanup;
896
897         /* The rest of this all shows up in sysfs */
898         atomic_long_t           read_realloc_races;
899         atomic_long_t           extent_migrate_done;
900         atomic_long_t           extent_migrate_raced;
901
902         unsigned                btree_gc_periodic:1;
903         unsigned                copy_gc_enabled:1;
904         bool                    promote_whole_extents;
905
906         struct time_stats       times[BCH_TIME_STAT_NR];
907 };
908
909 static inline void bch2_set_ra_pages(struct bch_fs *c, unsigned ra_pages)
910 {
911 #ifndef NO_BCACHEFS_FS
912         if (c->vfs_sb)
913                 c->vfs_sb->s_bdi->ra_pages = ra_pages;
914 #endif
915 }
916
917 static inline unsigned bucket_bytes(const struct bch_dev *ca)
918 {
919         return ca->mi.bucket_size << 9;
920 }
921
922 static inline unsigned block_bytes(const struct bch_fs *c)
923 {
924         return c->opts.block_size << 9;
925 }
926
927 static inline struct timespec64 bch2_time_to_timespec(struct bch_fs *c, s64 time)
928 {
929         struct timespec64 t;
930         s32 rem;
931
932         time += c->sb.time_base_lo;
933
934         t.tv_sec = div_s64_rem(time, c->sb.time_units_per_sec, &rem);
935         t.tv_nsec = rem * c->sb.nsec_per_time_unit;
936         return t;
937 }
938
939 static inline s64 timespec_to_bch2_time(struct bch_fs *c, struct timespec64 ts)
940 {
941         return (ts.tv_sec * c->sb.time_units_per_sec +
942                 (int) ts.tv_nsec / c->sb.nsec_per_time_unit) - c->sb.time_base_lo;
943 }
944
945 static inline s64 bch2_current_time(struct bch_fs *c)
946 {
947         struct timespec64 now;
948
949         ktime_get_coarse_real_ts64(&now);
950         return timespec_to_bch2_time(c, now);
951 }
952
953 static inline bool bch2_dev_exists2(const struct bch_fs *c, unsigned dev)
954 {
955         return dev < c->sb.nr_devices && c->devs[dev];
956 }
957
958 #endif /* _BCACHEFS_H */