]> git.sesse.net Git - bcachefs-tools-debian/blob - libbcachefs/bcachefs.h
Update bcachefs sources to 50d6a25d9c bcachefs: Erasure coding fixes
[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 "errcode.h"
204 #include "fifo.h"
205 #include "opts.h"
206 #include "util.h"
207
208 #define dynamic_fault(...)              0
209 #define race_fault(...)                 0
210
211 #define bch2_fs_init_fault(name)                                        \
212         dynamic_fault("bcachefs:bch_fs_init:" name)
213 #define bch2_meta_read_fault(name)                                      \
214          dynamic_fault("bcachefs:meta:read:" name)
215 #define bch2_meta_write_fault(name)                                     \
216          dynamic_fault("bcachefs:meta:write:" name)
217
218 #ifdef __KERNEL__
219 #define bch2_fmt(_c, fmt)               "bcachefs (%s): " fmt "\n", ((_c)->name)
220 #define bch2_fmt_inum(_c, _inum, fmt)   "bcachefs (%s inum %llu): " fmt "\n", ((_c)->name), (_inum)
221 #else
222 #define bch2_fmt(_c, fmt)               "%s: " fmt "\n", ((_c)->name)
223 #define bch2_fmt_inum(_c, _inum, fmt)   "%s inum %llu: " fmt "\n", ((_c)->name), (_inum)
224 #endif
225
226 #define bch_info(c, fmt, ...) \
227         printk(KERN_INFO bch2_fmt(c, fmt), ##__VA_ARGS__)
228 #define bch_notice(c, fmt, ...) \
229         printk(KERN_NOTICE bch2_fmt(c, fmt), ##__VA_ARGS__)
230 #define bch_warn(c, fmt, ...) \
231         printk(KERN_WARNING bch2_fmt(c, fmt), ##__VA_ARGS__)
232 #define bch_warn_ratelimited(c, fmt, ...) \
233         printk_ratelimited(KERN_WARNING bch2_fmt(c, fmt), ##__VA_ARGS__)
234 #define bch_err(c, fmt, ...) \
235         printk(KERN_ERR bch2_fmt(c, fmt), ##__VA_ARGS__)
236
237 #define bch_err_ratelimited(c, fmt, ...) \
238         printk_ratelimited(KERN_ERR bch2_fmt(c, fmt), ##__VA_ARGS__)
239 #define bch_err_inum_ratelimited(c, _inum, fmt, ...) \
240         printk_ratelimited(KERN_ERR bch2_fmt_inum(c, _inum, fmt), ##__VA_ARGS__)
241
242 #define bch_verbose(c, fmt, ...)                                        \
243 do {                                                                    \
244         if ((c)->opts.verbose)                                          \
245                 bch_info(c, fmt, ##__VA_ARGS__);                        \
246 } while (0)
247
248 #define pr_verbose_init(opts, fmt, ...)                                 \
249 do {                                                                    \
250         if (opt_get(opts, verbose))                                     \
251                 pr_info(fmt, ##__VA_ARGS__);                            \
252 } while (0)
253
254 /* Parameters that are useful for debugging, but should always be compiled in: */
255 #define BCH_DEBUG_PARAMS_ALWAYS()                                       \
256         BCH_DEBUG_PARAM(key_merging_disabled,                           \
257                 "Disables merging of extents")                          \
258         BCH_DEBUG_PARAM(btree_gc_always_rewrite,                        \
259                 "Causes mark and sweep to compact and rewrite every "   \
260                 "btree node it traverses")                              \
261         BCH_DEBUG_PARAM(btree_gc_rewrite_disabled,                      \
262                 "Disables rewriting of btree nodes during mark and sweep")\
263         BCH_DEBUG_PARAM(btree_shrinker_disabled,                        \
264                 "Disables the shrinker callback for the btree node cache")\
265         BCH_DEBUG_PARAM(verify_btree_ondisk,                            \
266                 "Reread btree nodes at various points to verify the "   \
267                 "mergesort in the read path against modifications "     \
268                 "done in memory")                                       \
269         BCH_DEBUG_PARAM(verify_all_btree_replicas,                      \
270                 "When reading btree nodes, read all replicas and "      \
271                 "compare them")
272
273 /* Parameters that should only be compiled in in debug mode: */
274 #define BCH_DEBUG_PARAMS_DEBUG()                                        \
275         BCH_DEBUG_PARAM(expensive_debug_checks,                         \
276                 "Enables various runtime debugging checks that "        \
277                 "significantly affect performance")                     \
278         BCH_DEBUG_PARAM(debug_check_iterators,                          \
279                 "Enables extra verification for btree iterators")       \
280         BCH_DEBUG_PARAM(debug_check_bkeys,                              \
281                 "Run bkey_debugcheck (primarily checking GC/allocation "\
282                 "information) when iterating over keys")                \
283         BCH_DEBUG_PARAM(debug_check_btree_accounting,                   \
284                 "Verify btree accounting for keys within a node")       \
285         BCH_DEBUG_PARAM(journal_seq_verify,                             \
286                 "Store the journal sequence number in the version "     \
287                 "number of every btree key, and verify that btree "     \
288                 "update ordering is preserved during recovery")         \
289         BCH_DEBUG_PARAM(inject_invalid_keys,                            \
290                 "Store the journal sequence number in the version "     \
291                 "number of every btree key, and verify that btree "     \
292                 "update ordering is preserved during recovery")         \
293         BCH_DEBUG_PARAM(test_alloc_startup,                             \
294                 "Force allocator startup to use the slowpath where it"  \
295                 "can't find enough free buckets without invalidating"   \
296                 "cached data")                                          \
297         BCH_DEBUG_PARAM(force_reconstruct_read,                         \
298                 "Force reads to use the reconstruct path, when reading" \
299                 "from erasure coded extents")                           \
300         BCH_DEBUG_PARAM(test_restart_gc,                                \
301                 "Test restarting mark and sweep gc when bucket gens change")
302
303 #define BCH_DEBUG_PARAMS_ALL() BCH_DEBUG_PARAMS_ALWAYS() BCH_DEBUG_PARAMS_DEBUG()
304
305 #ifdef CONFIG_BCACHEFS_DEBUG
306 #define BCH_DEBUG_PARAMS() BCH_DEBUG_PARAMS_ALL()
307 #else
308 #define BCH_DEBUG_PARAMS() BCH_DEBUG_PARAMS_ALWAYS()
309 #endif
310
311 #define BCH_DEBUG_PARAM(name, description) extern bool bch2_##name;
312 BCH_DEBUG_PARAMS()
313 #undef BCH_DEBUG_PARAM
314
315 #ifndef CONFIG_BCACHEFS_DEBUG
316 #define BCH_DEBUG_PARAM(name, description) static const bool bch2_##name;
317 BCH_DEBUG_PARAMS_DEBUG()
318 #undef BCH_DEBUG_PARAM
319 #endif
320
321 #define BCH_TIME_STATS()                        \
322         x(btree_node_mem_alloc)                 \
323         x(btree_node_split)                     \
324         x(btree_node_sort)                      \
325         x(btree_node_read)                      \
326         x(btree_gc)                             \
327         x(btree_lock_contended_read)            \
328         x(btree_lock_contended_intent)          \
329         x(btree_lock_contended_write)           \
330         x(data_write)                           \
331         x(data_read)                            \
332         x(data_promote)                         \
333         x(journal_write)                        \
334         x(journal_delay)                        \
335         x(journal_flush_seq)                    \
336         x(blocked_journal)                      \
337         x(blocked_allocate)                     \
338         x(blocked_allocate_open_bucket)
339
340 enum bch_time_stats {
341 #define x(name) BCH_TIME_##name,
342         BCH_TIME_STATS()
343 #undef x
344         BCH_TIME_STAT_NR
345 };
346
347 #include "alloc_types.h"
348 #include "btree_types.h"
349 #include "buckets_types.h"
350 #include "clock_types.h"
351 #include "ec_types.h"
352 #include "journal_types.h"
353 #include "keylist_types.h"
354 #include "quota_types.h"
355 #include "rebalance_types.h"
356 #include "replicas_types.h"
357 #include "subvolume_types.h"
358 #include "super_types.h"
359
360 /* Number of nodes btree coalesce will try to coalesce at once */
361 #define GC_MERGE_NODES          4U
362
363 /* Maximum number of nodes we might need to allocate atomically: */
364 #define BTREE_RESERVE_MAX       (BTREE_MAX_DEPTH + (BTREE_MAX_DEPTH - 1))
365
366 /* Size of the freelist we allocate btree nodes from: */
367 #define BTREE_NODE_RESERVE      (BTREE_RESERVE_MAX * 4)
368
369 #define BTREE_NODE_OPEN_BUCKET_RESERVE  (BTREE_RESERVE_MAX * BCH_REPLICAS_MAX)
370
371 struct btree;
372
373 enum gc_phase {
374         GC_PHASE_NOT_RUNNING,
375         GC_PHASE_START,
376         GC_PHASE_SB,
377
378         GC_PHASE_BTREE_stripes,
379         GC_PHASE_BTREE_extents,
380         GC_PHASE_BTREE_inodes,
381         GC_PHASE_BTREE_dirents,
382         GC_PHASE_BTREE_xattrs,
383         GC_PHASE_BTREE_alloc,
384         GC_PHASE_BTREE_quotas,
385         GC_PHASE_BTREE_reflink,
386         GC_PHASE_BTREE_subvolumes,
387         GC_PHASE_BTREE_snapshots,
388
389         GC_PHASE_PENDING_DELETE,
390 };
391
392 struct gc_pos {
393         enum gc_phase           phase;
394         struct bpos             pos;
395         unsigned                level;
396 };
397
398 struct reflink_gc {
399         u64             offset;
400         u32             size;
401         u32             refcount;
402 };
403
404 typedef GENRADIX(struct reflink_gc) reflink_gc_table;
405
406 struct io_count {
407         u64                     sectors[2][BCH_DATA_NR];
408 };
409
410 struct bch_dev {
411         struct kobject          kobj;
412         struct percpu_ref       ref;
413         struct completion       ref_completion;
414         struct percpu_ref       io_ref;
415         struct completion       io_ref_completion;
416
417         struct bch_fs           *fs;
418
419         u8                      dev_idx;
420         /*
421          * Cached version of this device's member info from superblock
422          * Committed by bch2_write_super() -> bch_fs_mi_update()
423          */
424         struct bch_member_cpu   mi;
425         uuid_le                 uuid;
426         char                    name[BDEVNAME_SIZE];
427
428         struct bch_sb_handle    disk_sb;
429         struct bch_sb           *sb_read_scratch;
430         int                     sb_write_error;
431
432         struct bch_devs_mask    self;
433
434         /* biosets used in cloned bios for writing multiple replicas */
435         struct bio_set          replica_set;
436
437         /*
438          * Buckets:
439          * Per-bucket arrays are protected by c->mark_lock, bucket_lock and
440          * gc_lock, for device resize - holding any is sufficient for access:
441          * Or rcu_read_lock(), but only for ptr_stale():
442          */
443         struct bucket_array __rcu *buckets[2];
444         unsigned long           *buckets_nouse;
445         struct rw_semaphore     bucket_lock;
446
447         struct bch_dev_usage            *usage_base;
448         struct bch_dev_usage __percpu   *usage[JOURNAL_BUF_NR];
449         struct bch_dev_usage __percpu   *usage_gc;
450
451         /* Allocator: */
452         struct task_struct __rcu *alloc_thread;
453
454         /*
455          * free: Buckets that are ready to be used
456          *
457          * free_inc: Incoming buckets - these are buckets that currently have
458          * cached data in them, and we can't reuse them until after we write
459          * their new gen to disk. After prio_write() finishes writing the new
460          * gens/prios, they'll be moved to the free list (and possibly discarded
461          * in the process)
462          */
463         alloc_fifo              free[RESERVE_NR];
464         alloc_fifo              free_inc;
465         unsigned                nr_open_buckets;
466
467         open_bucket_idx_t       open_buckets_partial[OPEN_BUCKETS_COUNT];
468         open_bucket_idx_t       open_buckets_partial_nr;
469
470         size_t                  fifo_last_bucket;
471
472         size_t                  inc_gen_needs_gc;
473         size_t                  inc_gen_really_needs_gc;
474
475         enum allocator_states   allocator_state;
476
477         alloc_heap              alloc_heap;
478
479         atomic64_t              rebalance_work;
480
481         struct journal_device   journal;
482         u64                     prev_journal_sector;
483
484         struct work_struct      io_error_work;
485
486         /* The rest of this all shows up in sysfs */
487         atomic64_t              cur_latency[2];
488         struct time_stats       io_latency[2];
489
490 #define CONGESTED_MAX           1024
491         atomic_t                congested;
492         u64                     congested_last;
493
494         struct io_count __percpu *io_done;
495 };
496
497 enum {
498         /* startup: */
499         BCH_FS_INITIALIZED,
500         BCH_FS_ALLOC_READ_DONE,
501         BCH_FS_ALLOC_CLEAN,
502         BCH_FS_ALLOCATOR_RUNNING,
503         BCH_FS_ALLOCATOR_STOPPING,
504         BCH_FS_INITIAL_GC_DONE,
505         BCH_FS_INITIAL_GC_UNFIXED,
506         BCH_FS_TOPOLOGY_REPAIR_DONE,
507         BCH_FS_BTREE_INTERIOR_REPLAY_DONE,
508         BCH_FS_FSCK_DONE,
509         BCH_FS_STARTED,
510         BCH_FS_RW,
511         BCH_FS_WAS_RW,
512
513         /* shutdown: */
514         BCH_FS_STOPPING,
515         BCH_FS_EMERGENCY_RO,
516         BCH_FS_WRITE_DISABLE_COMPLETE,
517
518         /* errors: */
519         BCH_FS_ERROR,
520         BCH_FS_TOPOLOGY_ERROR,
521         BCH_FS_ERRORS_FIXED,
522         BCH_FS_ERRORS_NOT_FIXED,
523
524         /* misc: */
525         BCH_FS_NEED_ANOTHER_GC,
526         BCH_FS_DELETED_NODES,
527         BCH_FS_NEED_ALLOC_WRITE,
528         BCH_FS_REBUILD_REPLICAS,
529         BCH_FS_HOLD_BTREE_WRITES,
530 };
531
532 struct btree_debug {
533         unsigned                id;
534         struct dentry           *btree;
535         struct dentry           *btree_format;
536         struct dentry           *failed;
537 };
538
539 struct bch_fs_pcpu {
540         u64                     sectors_available;
541 };
542
543 struct journal_seq_blacklist_table {
544         size_t                  nr;
545         struct journal_seq_blacklist_table_entry {
546                 u64             start;
547                 u64             end;
548                 bool            dirty;
549         }                       entries[0];
550 };
551
552 struct journal_keys {
553         struct journal_key {
554                 enum btree_id   btree_id:8;
555                 unsigned        level:8;
556                 bool            allocated;
557                 struct bkey_i   *k;
558                 u32             journal_seq;
559                 u32             journal_offset;
560         }                       *d;
561         size_t                  nr;
562         size_t                  size;
563         u64                     journal_seq_base;
564 };
565
566 struct btree_path_buf {
567         struct btree_path       *path;
568 };
569
570 #define REPLICAS_DELTA_LIST_MAX (1U << 16)
571
572 struct snapshot_t {
573         u32                     parent;
574         u32                     children[2];
575         u32                     subvol; /* Nonzero only if a subvolume points to this node: */
576         u32                     equiv;
577 };
578
579 typedef struct {
580         u32             subvol;
581         u64             inum;
582 } subvol_inum;
583
584 #define BCACHEFS_ROOT_SUBVOL_INUM                                       \
585         ((subvol_inum) { BCACHEFS_ROOT_SUBVOL,  BCACHEFS_ROOT_INO })
586
587 struct bch_fs {
588         struct closure          cl;
589
590         struct list_head        list;
591         struct kobject          kobj;
592         struct kobject          internal;
593         struct kobject          opts_dir;
594         struct kobject          time_stats;
595         unsigned long           flags;
596
597         int                     minor;
598         struct device           *chardev;
599         struct super_block      *vfs_sb;
600         dev_t                   dev;
601         char                    name[40];
602
603         /* ro/rw, add/remove/resize devices: */
604         struct rw_semaphore     state_lock;
605
606         /* Counts outstanding writes, for clean transition to read-only */
607         struct percpu_ref       writes;
608         struct work_struct      read_only_work;
609
610         struct bch_dev __rcu    *devs[BCH_SB_MEMBERS_MAX];
611
612         struct bch_replicas_cpu replicas;
613         struct bch_replicas_cpu replicas_gc;
614         struct mutex            replicas_gc_lock;
615         mempool_t               replicas_delta_pool;
616
617         struct journal_entry_res btree_root_journal_res;
618         struct journal_entry_res replicas_journal_res;
619         struct journal_entry_res clock_journal_res;
620         struct journal_entry_res dev_usage_journal_res;
621
622         struct bch_disk_groups_cpu __rcu *disk_groups;
623
624         struct bch_opts         opts;
625
626         /* Updated by bch2_sb_update():*/
627         struct {
628                 uuid_le         uuid;
629                 uuid_le         user_uuid;
630
631                 u16             version;
632                 u16             version_min;
633                 u16             encoded_extent_max;
634
635                 u8              nr_devices;
636                 u8              clean;
637
638                 u8              encryption_type;
639
640                 u64             time_base_lo;
641                 u32             time_base_hi;
642                 unsigned        time_units_per_sec;
643                 unsigned        nsec_per_time_unit;
644                 u64             features;
645                 u64             compat;
646         }                       sb;
647
648
649         struct bch_sb_handle    disk_sb;
650
651         unsigned short          block_bits;     /* ilog2(block_size) */
652
653         u16                     btree_foreground_merge_threshold;
654
655         struct closure          sb_write;
656         struct mutex            sb_lock;
657
658         /* snapshot.c: */
659         GENRADIX(struct snapshot_t) snapshots;
660         struct bch_snapshot_table __rcu *snapshot_table;
661         struct mutex            snapshot_table_lock;
662         struct work_struct      snapshot_delete_work;
663         struct work_struct      snapshot_wait_for_pagecache_and_delete_work;
664         struct snapshot_id_list snapshots_unlinked;
665         struct mutex            snapshots_unlinked_lock;
666
667         /* BTREE CACHE */
668         struct bio_set          btree_bio;
669         struct workqueue_struct *io_complete_wq;
670
671         struct btree_root       btree_roots[BTREE_ID_NR];
672         struct mutex            btree_root_lock;
673
674         struct btree_cache      btree_cache;
675
676         /*
677          * Cache of allocated btree nodes - if we allocate a btree node and
678          * don't use it, if we free it that space can't be reused until going
679          * _all_ the way through the allocator (which exposes us to a livelock
680          * when allocating btree reserves fail halfway through) - instead, we
681          * can stick them here:
682          */
683         struct btree_alloc      btree_reserve_cache[BTREE_NODE_RESERVE * 2];
684         unsigned                btree_reserve_cache_nr;
685         struct mutex            btree_reserve_cache_lock;
686
687         mempool_t               btree_interior_update_pool;
688         struct list_head        btree_interior_update_list;
689         struct list_head        btree_interior_updates_unwritten;
690         struct mutex            btree_interior_update_lock;
691         struct closure_waitlist btree_interior_update_wait;
692
693         struct workqueue_struct *btree_interior_update_worker;
694         struct work_struct      btree_interior_update_work;
695
696         /* btree_iter.c: */
697         struct mutex            btree_trans_lock;
698         struct list_head        btree_trans_list;
699         mempool_t               btree_paths_pool;
700         mempool_t               btree_trans_mem_pool;
701         struct btree_path_buf  __percpu *btree_paths_bufs;
702
703         struct srcu_struct      btree_trans_barrier;
704
705         struct btree_key_cache  btree_key_cache;
706
707         struct workqueue_struct *btree_update_wq;
708         struct workqueue_struct *btree_io_complete_wq;
709         /* copygc needs its own workqueue for index updates.. */
710         struct workqueue_struct *copygc_wq;
711
712         /* ALLOCATION */
713         struct bch_devs_mask    rw_devs[BCH_DATA_NR];
714
715         u64                     capacity; /* sectors */
716
717         /*
718          * When capacity _decreases_ (due to a disk being removed), we
719          * increment capacity_gen - this invalidates outstanding reservations
720          * and forces them to be revalidated
721          */
722         u32                     capacity_gen;
723         unsigned                bucket_size_max;
724
725         atomic64_t              sectors_available;
726         struct mutex            sectors_available_lock;
727
728         struct bch_fs_pcpu __percpu     *pcpu;
729
730         struct percpu_rw_semaphore      mark_lock;
731
732         seqcount_t                      usage_lock;
733         struct bch_fs_usage             *usage_base;
734         struct bch_fs_usage __percpu    *usage[JOURNAL_BUF_NR];
735         struct bch_fs_usage __percpu    *usage_gc;
736         u64 __percpu            *online_reserved;
737
738         /* single element mempool: */
739         struct mutex            usage_scratch_lock;
740         struct bch_fs_usage_online *usage_scratch;
741
742         struct io_clock         io_clock[2];
743
744         /* JOURNAL SEQ BLACKLIST */
745         struct journal_seq_blacklist_table *
746                                 journal_seq_blacklist_table;
747         struct work_struct      journal_seq_blacklist_gc_work;
748
749         /* ALLOCATOR */
750         spinlock_t              freelist_lock;
751         struct closure_waitlist freelist_wait;
752         u64                     blocked_allocate;
753         u64                     blocked_allocate_open_bucket;
754         open_bucket_idx_t       open_buckets_freelist;
755         open_bucket_idx_t       open_buckets_nr_free;
756         struct closure_waitlist open_buckets_wait;
757         struct open_bucket      open_buckets[OPEN_BUCKETS_COUNT];
758
759         struct write_point      btree_write_point;
760         struct write_point      rebalance_write_point;
761
762         struct write_point      write_points[WRITE_POINT_MAX];
763         struct hlist_head       write_points_hash[WRITE_POINT_HASH_NR];
764         struct mutex            write_points_hash_lock;
765         unsigned                write_points_nr;
766
767         /* GARBAGE COLLECTION */
768         struct task_struct      *gc_thread;
769         atomic_t                kick_gc;
770         unsigned long           gc_count;
771
772         enum btree_id           gc_gens_btree;
773         struct bpos             gc_gens_pos;
774
775         /*
776          * Tracks GC's progress - everything in the range [ZERO_KEY..gc_cur_pos]
777          * has been marked by GC.
778          *
779          * gc_cur_phase is a superset of btree_ids (BTREE_ID_extents etc.)
780          *
781          * Protected by gc_pos_lock. Only written to by GC thread, so GC thread
782          * can read without a lock.
783          */
784         seqcount_t              gc_pos_lock;
785         struct gc_pos           gc_pos;
786
787         /*
788          * The allocation code needs gc_mark in struct bucket to be correct, but
789          * it's not while a gc is in progress.
790          */
791         struct rw_semaphore     gc_lock;
792
793         /* IO PATH */
794         struct semaphore        io_in_flight;
795         struct bio_set          bio_read;
796         struct bio_set          bio_read_split;
797         struct bio_set          bio_write;
798         struct mutex            bio_bounce_pages_lock;
799         mempool_t               bio_bounce_pages;
800         struct rhashtable       promote_table;
801
802         mempool_t               compression_bounce[2];
803         mempool_t               compress_workspace[BCH_COMPRESSION_TYPE_NR];
804         mempool_t               decompress_workspace;
805         ZSTD_parameters         zstd_params;
806
807         struct crypto_shash     *sha256;
808         struct crypto_sync_skcipher *chacha20;
809         struct crypto_shash     *poly1305;
810
811         atomic64_t              key_version;
812
813         mempool_t               large_bkey_pool;
814
815         /* REBALANCE */
816         struct bch_fs_rebalance rebalance;
817
818         /* COPYGC */
819         struct task_struct      *copygc_thread;
820         copygc_heap             copygc_heap;
821         struct write_point      copygc_write_point;
822         s64                     copygc_wait;
823
824         /* DATA PROGRESS STATS */
825         struct list_head        data_progress_list;
826         struct mutex            data_progress_lock;
827
828         /* STRIPES: */
829         GENRADIX(struct stripe) stripes[2];
830
831         ec_stripes_heap         ec_stripes_heap;
832         spinlock_t              ec_stripes_heap_lock;
833
834         /* ERASURE CODING */
835         struct list_head        ec_stripe_head_list;
836         struct mutex            ec_stripe_head_lock;
837
838         struct list_head        ec_stripe_new_list;
839         struct mutex            ec_stripe_new_lock;
840
841         struct work_struct      ec_stripe_create_work;
842         u64                     ec_stripe_hint;
843
844         struct bio_set          ec_bioset;
845
846         struct work_struct      ec_stripe_delete_work;
847         struct llist_head       ec_stripe_delete_list;
848
849         /* REFLINK */
850         u64                     reflink_hint;
851         reflink_gc_table        reflink_gc_table;
852         size_t                  reflink_gc_nr;
853         size_t                  reflink_gc_idx;
854
855         /* VFS IO PATH - fs-io.c */
856         struct bio_set          writepage_bioset;
857         struct bio_set          dio_write_bioset;
858         struct bio_set          dio_read_bioset;
859
860
861         atomic64_t              btree_writes_nr;
862         atomic64_t              btree_writes_sectors;
863         spinlock_t              btree_write_error_lock;
864
865         /* ERRORS */
866         struct list_head        fsck_errors;
867         struct mutex            fsck_error_lock;
868         bool                    fsck_alloc_err;
869
870         /* QUOTAS */
871         struct bch_memquota_type quotas[QTYP_NR];
872
873         /* DEBUG JUNK */
874         struct dentry           *debug;
875         struct btree_debug      btree_debug[BTREE_ID_NR];
876         struct btree            *verify_data;
877         struct btree_node       *verify_ondisk;
878         struct mutex            verify_lock;
879
880         u64                     *unused_inode_hints;
881         unsigned                inode_shard_bits;
882
883         /*
884          * A btree node on disk could have too many bsets for an iterator to fit
885          * on the stack - have to dynamically allocate them
886          */
887         mempool_t               fill_iter;
888
889         mempool_t               btree_bounce_pool;
890
891         struct journal          journal;
892         struct list_head        journal_entries;
893         struct journal_keys     journal_keys;
894         struct list_head        journal_iters;
895
896         u64                     last_bucket_seq_cleanup;
897
898         /* The rest of this all shows up in sysfs */
899         atomic_long_t           read_realloc_races;
900         atomic_long_t           extent_migrate_done;
901         atomic_long_t           extent_migrate_raced;
902
903         unsigned                btree_gc_periodic:1;
904         unsigned                copy_gc_enabled:1;
905         bool                    promote_whole_extents;
906
907         struct time_stats       times[BCH_TIME_STAT_NR];
908 };
909
910 static inline void bch2_set_ra_pages(struct bch_fs *c, unsigned ra_pages)
911 {
912 #ifndef NO_BCACHEFS_FS
913         if (c->vfs_sb)
914                 c->vfs_sb->s_bdi->ra_pages = ra_pages;
915 #endif
916 }
917
918 static inline unsigned bucket_bytes(const struct bch_dev *ca)
919 {
920         return ca->mi.bucket_size << 9;
921 }
922
923 static inline unsigned block_bytes(const struct bch_fs *c)
924 {
925         return c->opts.block_size << 9;
926 }
927
928 static inline struct timespec64 bch2_time_to_timespec(struct bch_fs *c, s64 time)
929 {
930         struct timespec64 t;
931         s32 rem;
932
933         time += c->sb.time_base_lo;
934
935         t.tv_sec = div_s64_rem(time, c->sb.time_units_per_sec, &rem);
936         t.tv_nsec = rem * c->sb.nsec_per_time_unit;
937         return t;
938 }
939
940 static inline s64 timespec_to_bch2_time(struct bch_fs *c, struct timespec64 ts)
941 {
942         return (ts.tv_sec * c->sb.time_units_per_sec +
943                 (int) ts.tv_nsec / c->sb.nsec_per_time_unit) - c->sb.time_base_lo;
944 }
945
946 static inline s64 bch2_current_time(struct bch_fs *c)
947 {
948         struct timespec64 now;
949
950         ktime_get_coarse_real_ts64(&now);
951         return timespec_to_bch2_time(c, now);
952 }
953
954 static inline bool bch2_dev_exists2(const struct bch_fs *c, unsigned dev)
955 {
956         return dev < c->sb.nr_devices && c->devs[dev];
957 }
958
959 #endif /* _BCACHEFS_H */