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Update bcachefs sources to e82e656279 bcachefs: Cleanups for building in userspace
[bcachefs-tools-debian] / libbcachefs / journal.h
1 #ifndef _BCACHEFS_JOURNAL_H
2 #define _BCACHEFS_JOURNAL_H
3
4 /*
5  * THE JOURNAL:
6  *
7  * The primary purpose of the journal is to log updates (insertions) to the
8  * b-tree, to avoid having to do synchronous updates to the b-tree on disk.
9  *
10  * Without the journal, the b-tree is always internally consistent on
11  * disk - and in fact, in the earliest incarnations bcache didn't have a journal
12  * but did handle unclean shutdowns by doing all index updates synchronously
13  * (with coalescing).
14  *
15  * Updates to interior nodes still happen synchronously and without the journal
16  * (for simplicity) - this may change eventually but updates to interior nodes
17  * are rare enough it's not a huge priority.
18  *
19  * This means the journal is relatively separate from the b-tree; it consists of
20  * just a list of keys and journal replay consists of just redoing those
21  * insertions in same order that they appear in the journal.
22  *
23  * PERSISTENCE:
24  *
25  * For synchronous updates (where we're waiting on the index update to hit
26  * disk), the journal entry will be written out immediately (or as soon as
27  * possible, if the write for the previous journal entry was still in flight).
28  *
29  * Synchronous updates are specified by passing a closure (@flush_cl) to
30  * bch2_btree_insert() or bch_btree_insert_node(), which then pass that parameter
31  * down to the journalling code. That closure will will wait on the journal
32  * write to complete (via closure_wait()).
33  *
34  * If the index update wasn't synchronous, the journal entry will be
35  * written out after 10 ms have elapsed, by default (the delay_ms field
36  * in struct journal).
37  *
38  * JOURNAL ENTRIES:
39  *
40  * A journal entry is variable size (struct jset), it's got a fixed length
41  * header and then a variable number of struct jset_entry entries.
42  *
43  * Journal entries are identified by monotonically increasing 64 bit sequence
44  * numbers - jset->seq; other places in the code refer to this sequence number.
45  *
46  * A jset_entry entry contains one or more bkeys (which is what gets inserted
47  * into the b-tree). We need a container to indicate which b-tree the key is
48  * for; also, the roots of the various b-trees are stored in jset_entry entries
49  * (one for each b-tree) - this lets us add new b-tree types without changing
50  * the on disk format.
51  *
52  * We also keep some things in the journal header that are logically part of the
53  * superblock - all the things that are frequently updated. This is for future
54  * bcache on raw flash support; the superblock (which will become another
55  * journal) can't be moved or wear leveled, so it contains just enough
56  * information to find the main journal, and the superblock only has to be
57  * rewritten when we want to move/wear level the main journal.
58  *
59  * JOURNAL LAYOUT ON DISK:
60  *
61  * The journal is written to a ringbuffer of buckets (which is kept in the
62  * superblock); the individual buckets are not necessarily contiguous on disk
63  * which means that journal entries are not allowed to span buckets, but also
64  * that we can resize the journal at runtime if desired (unimplemented).
65  *
66  * The journal buckets exist in the same pool as all the other buckets that are
67  * managed by the allocator and garbage collection - garbage collection marks
68  * the journal buckets as metadata buckets.
69  *
70  * OPEN/DIRTY JOURNAL ENTRIES:
71  *
72  * Open/dirty journal entries are journal entries that contain b-tree updates
73  * that have not yet been written out to the b-tree on disk. We have to track
74  * which journal entries are dirty, and we also have to avoid wrapping around
75  * the journal and overwriting old but still dirty journal entries with new
76  * journal entries.
77  *
78  * On disk, this is represented with the "last_seq" field of struct jset;
79  * last_seq is the first sequence number that journal replay has to replay.
80  *
81  * To avoid overwriting dirty journal entries on disk, we keep a mapping (in
82  * journal_device->seq) of for each journal bucket, the highest sequence number
83  * any journal entry it contains. Then, by comparing that against last_seq we
84  * can determine whether that journal bucket contains dirty journal entries or
85  * not.
86  *
87  * To track which journal entries are dirty, we maintain a fifo of refcounts
88  * (where each entry corresponds to a specific sequence number) - when a ref
89  * goes to 0, that journal entry is no longer dirty.
90  *
91  * Journalling of index updates is done at the same time as the b-tree itself is
92  * being modified (see btree_insert_key()); when we add the key to the journal
93  * the pending b-tree write takes a ref on the journal entry the key was added
94  * to. If a pending b-tree write would need to take refs on multiple dirty
95  * journal entries, it only keeps the ref on the oldest one (since a newer
96  * journal entry will still be replayed if an older entry was dirty).
97  *
98  * JOURNAL FILLING UP:
99  *
100  * There are two ways the journal could fill up; either we could run out of
101  * space to write to, or we could have too many open journal entries and run out
102  * of room in the fifo of refcounts. Since those refcounts are decremented
103  * without any locking we can't safely resize that fifo, so we handle it the
104  * same way.
105  *
106  * If the journal fills up, we start flushing dirty btree nodes until we can
107  * allocate space for a journal write again - preferentially flushing btree
108  * nodes that are pinning the oldest journal entries first.
109  */
110
111 #include <linux/hash.h>
112
113 #include "journal_types.h"
114
115 /*
116  * Only used for holding the journal entries we read in btree_journal_read()
117  * during cache_registration
118  */
119 struct journal_replay {
120         struct list_head        list;
121         struct jset             j;
122 };
123
124 static inline struct jset_entry *__jset_entry_type_next(struct jset *jset,
125                                         struct jset_entry *entry, unsigned type)
126 {
127         while (entry < vstruct_last(jset)) {
128                 if (entry->type == type)
129                         return entry;
130
131                 entry = vstruct_next(entry);
132         }
133
134         return NULL;
135 }
136
137 #define for_each_jset_entry_type(entry, jset, type)                     \
138         for (entry = (jset)->start;                                     \
139              (entry = __jset_entry_type_next(jset, entry, type));       \
140              entry = vstruct_next(entry))
141
142 #define for_each_jset_key(k, _n, entry, jset)                           \
143         for_each_jset_entry_type(entry, jset, JOURNAL_ENTRY_BTREE_KEYS) \
144                 vstruct_for_each_safe(entry, k, _n)
145
146 #define JOURNAL_PIN     (32 * 1024)
147
148 static inline bool journal_pin_active(struct journal_entry_pin *pin)
149 {
150         return pin->pin_list != NULL;
151 }
152
153 static inline struct journal_entry_pin_list *
154 journal_seq_pin(struct journal *j, u64 seq)
155 {
156         return &j->pin.data[(size_t) seq & j->pin.mask];
157 }
158
159 void bch2_journal_pin_add(struct journal *, struct journal_res *,
160                           struct journal_entry_pin *, journal_pin_flush_fn);
161 void bch2_journal_pin_drop(struct journal *, struct journal_entry_pin *);
162 void bch2_journal_pin_add_if_older(struct journal *,
163                                   struct journal_entry_pin *,
164                                   struct journal_entry_pin *,
165                                   journal_pin_flush_fn);
166 void bch2_journal_flush_pins(struct journal *, u64);
167
168 struct closure;
169 struct bch_fs;
170 struct keylist;
171
172 struct bkey_i *bch2_journal_find_btree_root(struct bch_fs *, struct jset *,
173                                            enum btree_id, unsigned *);
174
175 int bch2_journal_seq_should_ignore(struct bch_fs *, u64, struct btree *);
176
177 u64 bch2_inode_journal_seq(struct journal *, u64);
178
179 static inline int journal_state_count(union journal_res_state s, int idx)
180 {
181         return idx == 0 ? s.buf0_count : s.buf1_count;
182 }
183
184 static inline void journal_state_inc(union journal_res_state *s)
185 {
186         s->buf0_count += s->idx == 0;
187         s->buf1_count += s->idx == 1;
188 }
189
190 static inline void bch2_journal_set_has_inode(struct journal *j,
191                                               struct journal_res *res,
192                                               u64 inum)
193 {
194         struct journal_buf *buf = &j->buf[res->idx];
195
196         set_bit(hash_64(inum, ilog2(sizeof(buf->has_inode) * 8)), buf->has_inode);
197 }
198
199 /*
200  * Amount of space that will be taken up by some keys in the journal (i.e.
201  * including the jset header)
202  */
203 static inline unsigned jset_u64s(unsigned u64s)
204 {
205         return u64s + sizeof(struct jset_entry) / sizeof(u64);
206 }
207
208 static inline void bch2_journal_add_entry_at(struct journal_buf *buf,
209                                             unsigned offset,
210                                             unsigned type, enum btree_id id,
211                                             unsigned level,
212                                             const void *data, size_t u64s)
213 {
214         struct jset_entry *entry = vstruct_idx(buf->data, offset);
215
216         memset(entry, 0, sizeof(*entry));
217         entry->u64s     = cpu_to_le16(u64s);
218         entry->btree_id = id;
219         entry->level    = level;
220         entry->type     = type;
221
222         memcpy_u64s(entry->_data, data, u64s);
223 }
224
225 static inline void bch2_journal_add_entry(struct journal *j, struct journal_res *res,
226                                           unsigned type, enum btree_id id,
227                                           unsigned level,
228                                           const void *data, unsigned u64s)
229 {
230         struct journal_buf *buf = &j->buf[res->idx];
231         unsigned actual = jset_u64s(u64s);
232
233         EBUG_ON(!res->ref);
234         BUG_ON(actual > res->u64s);
235
236         bch2_journal_add_entry_at(buf, res->offset, type,
237                                   id, level, data, u64s);
238         res->offset     += actual;
239         res->u64s       -= actual;
240 }
241
242 static inline void bch2_journal_add_keys(struct journal *j, struct journal_res *res,
243                                         enum btree_id id, const struct bkey_i *k)
244 {
245         bch2_journal_add_entry(j, res, JOURNAL_ENTRY_BTREE_KEYS,
246                                id, 0, k, k->k.u64s);
247 }
248
249 void bch2_journal_buf_put_slowpath(struct journal *, bool);
250
251 static inline void bch2_journal_buf_put(struct journal *j, unsigned idx,
252                                        bool need_write_just_set)
253 {
254         union journal_res_state s;
255
256         s.v = atomic64_sub_return(((union journal_res_state) {
257                                     .buf0_count = idx == 0,
258                                     .buf1_count = idx == 1,
259                                     }).v, &j->reservations.counter);
260
261         EBUG_ON(s.idx != idx && !s.prev_buf_unwritten);
262
263         /*
264          * Do not initiate a journal write if the journal is in an error state
265          * (previous journal entry write may have failed)
266          */
267         if (s.idx != idx &&
268             !journal_state_count(s, idx) &&
269             s.cur_entry_offset != JOURNAL_ENTRY_ERROR_VAL)
270                 bch2_journal_buf_put_slowpath(j, need_write_just_set);
271 }
272
273 /*
274  * This function releases the journal write structure so other threads can
275  * then proceed to add their keys as well.
276  */
277 static inline void bch2_journal_res_put(struct journal *j,
278                                        struct journal_res *res)
279 {
280         if (!res->ref)
281                 return;
282
283         lock_release(&j->res_map, 0, _RET_IP_);
284
285         while (res->u64s)
286                 bch2_journal_add_entry(j, res,
287                                        JOURNAL_ENTRY_BTREE_KEYS,
288                                        0, 0, NULL, 0);
289
290         bch2_journal_buf_put(j, res->idx, false);
291
292         res->ref = 0;
293 }
294
295 int bch2_journal_res_get_slowpath(struct journal *, struct journal_res *,
296                                  unsigned, unsigned);
297
298 static inline int journal_res_get_fast(struct journal *j,
299                                        struct journal_res *res,
300                                        unsigned u64s_min,
301                                        unsigned u64s_max)
302 {
303         union journal_res_state old, new;
304         u64 v = atomic64_read(&j->reservations.counter);
305
306         do {
307                 old.v = new.v = v;
308
309                 /*
310                  * Check if there is still room in the current journal
311                  * entry:
312                  */
313                 if (old.cur_entry_offset + u64s_min > j->cur_entry_u64s)
314                         return 0;
315
316                 res->offset     = old.cur_entry_offset;
317                 res->u64s       = min(u64s_max, j->cur_entry_u64s -
318                                       old.cur_entry_offset);
319
320                 journal_state_inc(&new);
321                 new.cur_entry_offset += res->u64s;
322         } while ((v = atomic64_cmpxchg(&j->reservations.counter,
323                                        old.v, new.v)) != old.v);
324
325         res->ref = true;
326         res->idx = new.idx;
327         res->seq = le64_to_cpu(j->buf[res->idx].data->seq);
328         return 1;
329 }
330
331 static inline int bch2_journal_res_get(struct journal *j, struct journal_res *res,
332                                       unsigned u64s_min, unsigned u64s_max)
333 {
334         int ret;
335
336         EBUG_ON(res->ref);
337         EBUG_ON(u64s_max < u64s_min);
338
339         if (journal_res_get_fast(j, res, u64s_min, u64s_max))
340                 goto out;
341
342         ret = bch2_journal_res_get_slowpath(j, res, u64s_min, u64s_max);
343         if (ret)
344                 return ret;
345 out:
346         lock_acquire_shared(&j->res_map, 0, 0, NULL, _THIS_IP_);
347         EBUG_ON(!res->ref);
348         return 0;
349 }
350
351 void bch2_journal_wait_on_seq(struct journal *, u64, struct closure *);
352 void bch2_journal_flush_seq_async(struct journal *, u64, struct closure *);
353 void bch2_journal_flush_async(struct journal *, struct closure *);
354 void bch2_journal_meta_async(struct journal *, struct closure *);
355
356 int bch2_journal_flush_seq(struct journal *, u64);
357 int bch2_journal_flush(struct journal *);
358 int bch2_journal_meta(struct journal *);
359
360 void bch2_journal_halt(struct journal *);
361
362 static inline int bch2_journal_error(struct journal *j)
363 {
364         return j->reservations.cur_entry_offset == JOURNAL_ENTRY_ERROR_VAL
365                 ? -EIO : 0;
366 }
367
368 static inline bool journal_flushes_device(struct bch_dev *ca)
369 {
370         return true;
371 }
372
373 void bch2_journal_start(struct bch_fs *);
374 int bch2_journal_mark(struct bch_fs *, struct list_head *);
375 void bch2_journal_entries_free(struct list_head *);
376 int bch2_journal_read(struct bch_fs *, struct list_head *);
377 int bch2_journal_replay(struct bch_fs *, struct list_head *);
378
379 static inline void bch2_journal_set_replay_done(struct journal *j)
380 {
381         BUG_ON(!test_bit(JOURNAL_STARTED, &j->flags));
382         set_bit(JOURNAL_REPLAY_DONE, &j->flags);
383 }
384
385 ssize_t bch2_journal_print_debug(struct journal *, char *);
386 ssize_t bch2_journal_print_pins(struct journal *, char *);
387
388 int bch2_dev_journal_alloc(struct bch_dev *);
389
390 static inline unsigned bch2_nr_journal_buckets(struct bch_sb_field_journal *j)
391 {
392         return j
393                 ? (__le64 *) vstruct_end(&j->field) - j->buckets
394                 : 0;
395 }
396
397 int bch2_journal_move(struct bch_dev *);
398
399 void bch2_fs_journal_stop(struct journal *);
400 void bch2_dev_journal_exit(struct bch_dev *);
401 int bch2_dev_journal_init(struct bch_dev *, struct bch_sb *);
402 void bch2_fs_journal_exit(struct journal *);
403 int bch2_fs_journal_init(struct journal *);
404
405 #endif /* _BCACHEFS_JOURNAL_H */